Curvas Característica v0ltaje y Corriente

Física II Laboratorio Nro. 3 Curvas Caracteristicas V-I, Ley de Ohm, Resistencia y Resistividad

Contenido

Objetivos:.........................................................................................................2 Materiales:........................................................................................................2 Fundamento Teórico:........................................................................................2 Procedimiento:.................................................................................................4 Resultados Obtenidos:......................................................................................6 Cuestionario:....................................................................................................7 Observaciones:............................................................................................... Conclusiones:................................................................................................. Recomendaciones:.........................................................................................2 !iblio"ra#$a:....................................................................................................2

P!. "


Objetivos:

.

Obtención % an&lisis de curvas voltaje'corriente ()'*+ de elementos met&licos. 2. )eri,car la valide- % el camo de alicación de la /e% de O0m. 1. eterminar la Resistividad en di#erentes materiales. 4. eterminar los ar&metros de los cuales deende la resistencia de un alambre. Materiales: • • • • • • • • • •

3 Fuente de alimentación re"ulable C !5 PRC**O89 673 3 Mult$metro analó"ico *MPO89 263 3 Mult$metro di"ital TC;9 TM ' 37 (amer$metro+ 3 lambre de Constant&n de 3.1< mm. de di&metro % .3 m. de lon"itud. 3 lambre de ;ierro de 3.23 mm. de di&metro % .3 m. de lon"itud. 3 lambre de 8icrom de 3.<3 mm. de di&metro % .3 m. de lon"itud. 3 Carril met&lico /=!O/. 32 >ócalos aislantes /=!O/. 32 Clavijas tio ?ac@9 de /=!O/. 32 Cables banana ' cocodrilo.

Fundamento Teórico: Ley de Ohm:

/a ley de Ohm establece Aue la intensidad elBctrica Aue circula entre dos untos de un circuito elBctrico es directamente roorcional a la tensión elBctrica entre dic0os untos eDistiendo una constante de roorcionalidad entre estas dos ma"nitudes. ic0a constante de roorcionalidad es la conductancia elBctrica Aue es inversa a la resistencia elBctrica. /a ecuación matem&tica Aue describe esta relación es:

P!. #


onde I es la corriente Aue asa a travBs del objeto en amerios V es la di#erencia de otencial de las terminales del objeto en voltios $ es la conductancia en siemens % R es la resistencia en o0mios (E+. sec$,camente la le% de O0m dice Aue la R en esta relación es constante indeendientemente de la corriente.

sta le% tiene el nombre del #$sico alem&n eor" O0m Aue en un tratado ublicado en G27 0alló valores de tensión % corriente Aue asaba a travBs de unos circuitos elBctricos simles Aue conten$an una "ran cantidad de cables. Hl resentó una ecuación un oco m&s comleja Aue la mencionada anteriormente ara eDlicar sus resultados eDerimentales. /a ecuación de arriba es la #orma moderna de la le% de O0m. sta le% se cumle ara circuitos % tramos de circuitos asivos Aue o bien no tienen car"as inductivas ni caacitivas (Inicamente tiene car"as resistivas+ o bien 0an alcan-ado un rB"imen ermanente (vBase tambiBn JCircuito R/CK % JRB"imen transitorio (electrónica+K+. TambiBn debe tenerse en cuenta Aue el valor de la resistencia de un conductor uede ser inLuido or la temeratura.

Resistencia:

/a resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oosición al aso de corriente.

escubierta or eor" O0m en G27 la resistencia elBctrica tiene un arecido concetual a la #ricción en la #$sica mec&nica. /a unidad de la resistencia en el istema *nternacional de nidades es el o0mio (E+. Para su medición en la r&ctica eDisten diversos mBtodos entre los Aue se encuentra el uso de un o0mn$metro. dem&s su cantidad rec$roca es la conductancia medida en iemens.

/a resistencia de cualAuier objeto deende Inicamente de su "eometr$a % de su resistividad or "eometr$a se entiende a la lon"itud % el &rea del objeto mientras Aue la resistividad es un ar&metro Aue deende del material del objeto % de la temeratura a la cual se encuentra sometido. sto si"ni,ca Aue dada una temeratura % un material la resistencia es un valor Aue se P!. 3


mantendr& constante. dem&s de acuerdo con la le% de O0m la resistencia de un material uede de,nirse como la ra-ón entre la ca$da de tensión % la corriente en dic0a resistencia as$:

donde R es la resistencia en o0mios V es la di#erencia de otencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amerios.

e"In sea la ma"nitud de esta medida los materiales se ueden clasi,car en conductores aislantes % semiconductor. Disten adem&s ciertos materiales en los Aue en determinadas condiciones de temeratura aarece un #enómeno denominado suerconductividad en el Aue el valor de la resistencia es r&cticamente nulo. Resistividad:

/a resistividad es la resistencia elBctrica esec$,ca de un material. e desi"na or la letra "rie"a r0o minIscula (N+ % se mide en o0mios or metro (Em+.

u valor describe el comortamiento de un material #rente al aso de corriente elBctrica or lo Aue da una idea de lo buen o mal conductor Aue es. n valor alto de resistividad indica Aue el material es mal conductor mientras Aue uno bajo indicar& Aue es un buen conductor. eneralmente la resistividad de los metales aumenta con la temeratura mientras Aue la resistividad de los semiconductores disminu%e ante el aumento de la temeratura. Conductividad Eléctrica:

/a conductividad elBctrica es la caacidad de un cuero o medio ara conducir la corriente elBctrica es decir ara ermitir el aso a travBs de Bl de art$culas car"adas bien sean los electrones los transortadores de

P!. %


car"a en conductores met&licos o semimet&licos o iones los Aue transortan la car"a en disoluciones de electrolitos. Intensidad de Corriente:

s la ma"nitud #undamental del sistema internacional de unidades Aue reresenta la car"a Aue circula or unidad de tiemo a raves de una sección determinada de un conductor. u s$mbolo es *9 % se mide en amerios (+. i la corriente es continua la intensidad es la mima en cualAuier instante % en todos los untos del circuito (suuesto sin derivaciones+. i la corriente es variable como en la corriente alterna o en una oscilación elBctrica la intensidad varia simult&neamente con el tiemo % osición.

rocedimiento: !Cuidado" : ntes de encender la #uente de alimentación re"ulable de C ara ener"i-ar los di#erentes circuitos veri,Aue Aue el re"ulador (erilla i-Auierda+ se encuentre en cero (comletamente "irado en sentido anti0orario+

/=  O;M . ColoAue en ambos eDtremos del carril met&lico los -ócalos aislantes con las clavijas tio ?ac@9. )eri,Aue Aue la distancia entre los terminales sea de .3 m. Conecte entre las clavijas el 0ilo de Constant&n. R Q TOO /O CO8TCTO TH8 CO8CTO F*RMM8T. .2

Comlete la instalación se"In la F*. . Fuente )olt$metr o naló"ic o

mer$metro i"ital ;ilo met&lico

Clavija

Carril Met&lico

P!. &


.1 ColoAue el elector del )olt$metro (analó"ico+ en el ran"o de 3 ) % el elector del mer$metro (di"ital+ en la #unción ara medir corriente directa. /a unta de rueba color rojo del mult$metro di"ital debe ser colocada en el ?C5 marcado con 9. (Resetar la olaridad del circuito+. .4 Tome lecturas de corriente ( * + variando el voltaje alicado en escalones de 3.< )oltios. Comlete la Tabla *. (ColoAue a cero la salida de la #uente cuando termine las medidas+. .< Tra-ar la Curva caracter$stica )'* ara la tabla * lue"o di"a si este material cumle o no con la /e% de O0m. .6

Retire el 0ilo de Constant&n e instale en su lu"ar el 0ilo de ;ierro.

.7 Tome lecturas de corriente como en el caso anterior. Comlete la Tabla ** PrecauciónS l 0ilo se calienta. .G Tra-ar la Curva caracter$stica )'* ara la tabla ** lue"o di"a si este material cumle o no con la /e% de O0m. . e"In sus resultados obtenidos UCu&l de los dos materiales (0ierro o constant&n+ es m&s ó0micoV RE#I#TE$CI% & RE#I#TI'I(%( )

*



.3 *nstale el 0ilo de 8icrom en las clavijas montadas sobre el carril met&lico. )eri,Aue la lon"itud del 0ilo entre las clavijas (aroDimadamente  m+. Mida la resistencia del 0ilo con el mult$metro di"ital % anote en la tabla ***. O0m$metro i"ital

Clavija

;ilo met&lico Carril Met&lico

. Reita el rocedimiento anterior ara una lon"itud menor de 0ilo entre las clavijas (aroDimadamente 3< m+. n este aso utilice en una de las untas de rueba del O0m$metro un cable con morda-a (cocodrilo+ ara ser usado como contacto desli-ante sobre el 0ilo de 8icrom conectado entre las clavijas. P!. '


O0m$metro

/

;ilo met&lico

Clavija Carril Met&lico

.2

Comlete la tabla ***

.1 )eri,Aue el cumlimiento de la #órmula de la Resistividad comrobando el valor calculado eDerimentalmente con el valor teórico de los libros. Mencione sus resultados % eDliAue. .4 eslice la in-a de cocodrilo cu%o dentado met&lico toca el 0ilo en dirección de la Lec0a de modo Aue / sea sucesivamente las lon"itudes indicadas en la Tabla. etermine % anote cada ve- el valor de la resistencia medida con el O0m$metro di"ital. note sus resultados en la Tabla *). .< Observar Aue sucede con el valor de la resistencia al disminuir la lon"itud del 0ilo. Dlicar teóricamente. Resultados Obtenidos:

n la Tabla * obtuvimos los si"uientes resultados: T%+L% I

MTR*/: Constant&n ) (voltios+ 3.< * (me 3.37 rios+ R X )Y* 7.3

/O8*T: m

*WMTRO: 3.1
.3

.<

2.3

2.<

1.3

1.<

4.3

4.<

<.3

3.

3.

3.2

3.2

3.1

3.4

3.4

3.<

3.<

G.1

2 1

G.1

G 1

G.1

4 1

G.6

 2

G.G

4 3

G.7

3 <

G.G

< 3

.3

3 3

.3

< 

n la tabla ** obtuvimos los si"uientes resultados: MTR*/: ;ierro

T%+L% II /O8*T: m

*WMTRO: 3.23mm P!. (


)

(volti os+

3.<

.3

.<

2.3

2.<

1.3

1.<4.3

4.<

<.3

* 4.7
n la tabla *** obtuvimos los si"uientes resultados: T%+L% III MTR*/ 8icrom /O8*T (m+ .3m 3.
Fórmula para hallar la Resistividad

R ( Ω+ D  (m2+

X



2

S = π r

n la tabla *) obtuvimos los si"uientes resultados: T%+L% I'

MTR*/: 8icrom /O8*T (/+ Rmedida (Ω+

*WMTRO:3.<3m /O8*T TOT/: m / Xm / Z / Z / Z / Z 3c 23c 13c 43c m. m. m. m. X3cm XG3cm X73cm X63cm .6 7.4 <.2 1.

Cuestionario: ,-. E/0resar la ley de O1M en sus di2erentes 2ormas- on3a tres ejem0los de a0licación 0ara cada 2orma de e/0resión al3ebraica de la Ley de O1M-

R4 '

I4 ' R

P!. )


'4IR 5-. 6ra7car sus resultados e/0erimentales (atos '8I9 0ara los alambres de Constatan y de 1ierro- Cu;l de estos alambres cum0le la ley de O1M< T%+L% I Muestra : (i;metro :

;ilo de Constant&n 3.2< mm. T!/ * MTR*/ : Constatan /O8*T :  m 2.33 2.<3 )(voltios+ 3.<3 .<3 * (merios+ 3.37 3.2 3.G 3.24 RX)Y* 7.3 G.11 G.11 G.11

1.33 3.14 G.62

*WMTRO : 3.2< mm 1.<3 4.33 4.<3 <.33 3.43 G.G3

3.4< 3.<3 3.<< G.G3 .33 .3

Por los resultados obtenidos en el laboratorio concluimos Aue dic0o material no cumle con la /e% de O0m or ende no es un material ó0mico. T%+L% II Muestra : (i;metro:

;ilo de ;ierro : 3.23 mm. T!/ ** P!. *


MTR*/ : ;ierro 3.< )(voltios+

.<

* (m+ RX)Y*

G.23 .2

4.7< .3<

/O8*T :  m 2. 3 2.<

*WMTRO : 3.23 mm 1. 3 1.< 4. 3 4.< <. 3 134. 711.<3 3.33 33 3.G< 3.< .3< .2 .2 .3< .G6 4.3 4.2 4.23 4.46

Con los datos de la tabla ** se reali-o el "r&,co % se uede concluir Aue el 0ilo de 0ierro si cumle a cabalidad la le% de O0m debido a Aue su "r&,ca debe ser una linea recta % como mostramos en nuestra "r&,ca el 0ilo de 0ierro es un material [0mico. =-. >ué son materiales óhmicos y cuando se dice ?ue un material es no @hmico< Clasi7?ue los ti0os de materiales 0or el com0ortamiento de su Resistencia y resistividad en relación a la Ley de O1M-

n material recibe la denominación de \ó0mico\ o lineal si la di#erencia de otencial )ab entre sus eDtremos es directamente roorcional a la intensidad de la corriente * Aue circula or Bl. /a constante de roorcionalidad recibe el nombre de resistencia R del conductor. Por lo tanto: )ab X * ] R Dresión conocida como la /e% de O0m. = el material no [0mico es aAuel Aue no cumle con la /e% de O0m. Material Constant an

Resistenci a (^+

Resistividad (^' m+

G.<

4. D 3'7 P!. "+


;ierro 8icrom

4.31 2.2

7 D 3'G <3

A-. Com0letar los datos del cuadro adjunto asumiendo ?ue los datos corres0onden a un material @hmico-

)  < 4 7 * 3. 3.< 3.4 3.7 RX )Y* 3 3 3 3 B-. 1allar la resistividad 0romedio del alambre de nicrom9 em0leado en su e/0erimento- Com0are este resultado con los datos e/istentes en la biblio3ra2a y ?ué o0ina sobre sus resultados T!/ *** MTR*/ 8icrom /O8*T(m+ m 3.< *WMTRO(mm + 3.<3 3.<3 CC*[8(m+ 3.6 3.6 Rmedida (^+ 2.2 3. Ncalculada(^ ' m+ 4.< G.1 Resistividad Promedio: 6.22< ^ ' m O0iniones:

e"In la teor$a la resistividad deende del material ero en el eDerimento se udo observar Aue a menor lon"itud la resistividad aumenta % Aue a menor lon"itud disminu%e la resistencia. D-. Como inuye la tem0eratura sobre el com0ortamiento de la resistividad eléctrica de los materiales- Cuando se dice ?ue un material se halla en un estado su0erconductor<9 en ?ué condiciones 2sicas se obtiene una material su0erconductor<

*nLu%e de manera ositiva debido a Aue: a ma%or temeratura la resistividad se incrementa mientras Aue a menor temeratura disminu%e siemre % cuando sea un material conductor en el caso Aue sea un materia semi'conductor esta re"la se invierte es decir si aumenta la temeratura la resistividad disminu%e % viceversa. e dice Aue un material se 0alla en estado suerconductor cuando: la resistencia elBctrica de ciertos materiales de #orma reentina 0asta lle"ar a P!. ""


cero. /a temeratura or debajo de la cual la resistencia elBctrica de un material se aroDima a cero absoluto se denomina temeratura cr$tica (Tc+. Por encima de esta temeratura al material se le conoce como normal % or debajo de Tc se dice Aue es suerconductor. e este modo ara Aue en material sea suerconductor la temeratura critica del material su camo ma"nBtico % su densidad de corriente no deben ser sueradas de unos valores esec$,cos ara cada caso %a Aue ara cada material suerconductor eDiste una suer,cie cr$tica en el esacio de T.!. % ?.

-. on3a tres ejem0los de a0licación en la industria y en la nanoindustria de la ley de O1M-

jemlos en la industria: • • •

n la industria automotri- (bater$a circuitos aralelos serie miDto+. n la electrónica (circuitos electrónicos sensores+. C&lculos re#erentes a la ener"$a elBctrica.

jemlos en la nanoindustria: • • •

n la 8anotecnolo"$a. /as )itivin$colas. /a investi"ación cient$,ca.

Observaciones:

' e udo observar Aue el alambre de ;ierro es mas oscuro en comaración al de Constant&n asimismo es menos #r&"il Aue el mencionado anteriormente. ' e observo Aue a esar Aue la teor$a indica Aue la Resistividad deende del tio de material en el eDerimento el resultado determino un valor distinto. ' l reali-ar la medición del alambre de ;ierro la variación de la resistencia era muc0o ma%or en comaración con el alambre de Constant&n. '  medida Aue la lon"itud del 0ilo disminu%e la resistencia tambiBn disminu%e_ es decir la lon"itud es directamente roorcional a la resistencia

P!. "#


' l Constant&n es el Aue cumle la le% de O0m or lo tanto es un material o0mnico. Conclusiones:

' l momento de reali-ar el eDerimento comrobamos Aue al desarrollar la tabla de )'* ara la tabla * la curva Aue se tra-a con las medidas es una l$nea oblicua indicando Aue cumle con la le% de O0m. Por lo Aue tambiBn se deduce Aue si la curva no es oblicua indica Aue no cumle con la le% de O0m. ' e veri,co Aue el alambre de Constant&n era ó0mico en cambio el alambre de 0ierro no era ó0mico. ' e determinó con el alambre de 8icrom Aue a menor lon"itud menor resistencia tendr& el alambre. ' e determinó Aue el valor de la Resistividad esta dada or el tio de material. ' Mediante la le% de O0m se conclu%e Aue la resistencia es directamente roorcional al voltaje e inversamente roorcional a la intensidad de corriente. ' /a resistividad es inversamente roorcional a la lon"itud es decir a ma%or lon"itud menor resistividad. ' /a resistividad es directamente roorcional a la temeratura.

Recomendaciones:

' e recomienda Aue en el eDerimento ara veri,car la /e% de O0m al reali-ar la instalación de los disositivos se este lenamente se"uro de Aue este correctamente la olaridad a ,n de evitar malo"rar los eAuios. ' e recomienda no tocar el alambre mientras este encendida la Fuente de limentación a ,n de evitar da`os colaterales. ' 8o encender la #uente de alimentación antes de ercatarnos Aue las erillas del re"ulador (erilla i-Auierda+ se encuentre comletamente "irado en sentido anti0orario. ' Tener cuidado al momento de sacar el 0ilo de 0ierro del eDerimento de la tabla ** %a Aue el 0ilo se calienta. ' Tener cuidado al momento de 0acer las mediciones con el mult$metro %a Aue se est& trabajando con una #uente de alimentación. +iblio3ra2a:

' 0tt:YYes.i@iedia.or"Yi@iYResistenciaelC1ctrica ' 0tt:YYes.i@iedia.or"Yi@iY/e%deO0m ' 0tt:YYes.i@iedia.or"Yi@iYResistividad P!. "3


' 0tt:YY[email protected] ' 0tt:YY.electronica#acil.netYtutorialesYCoe,ciente'resistividad' materiales.0 ' 0tt:YYdidactica.,sica.uson.mDYtablasYresistividad.0tm ' 0tt:YY.allo%ire.comYsanis0YroductsR4<Constantan.0tml ' 0tt:YY.unicrom.comYTutresistividad.as

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