UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA E.A.P.I.P.S.I
CURVAS CARACTERISTICAS: VOLTAJE-CORRIENTE
2.
Objetivo
Obtener la representación grafica de la corriente I, en función del voltaje V de los materiales resistivos, para conocer su comportamiento.
3.
Fundamento teórico Es la representación del comportamiento de V frente a I. Cuando se estudian conductores sólidos o líquidos a temperatura constante esta "curva característica" resulta ser una recta (ley de Ohm). Pero, por ejemplo, si el conductor está aumentando su temperatura, su resistencia (en general) aumenta, luego para una misma tensión aplicada la intensidad disminuirá. Esto supone una desviación de la curva real respecto a la teórica como se muestra en la figura 18-1. Por tanto, es lógico que las medidas se realicen con rapidez para evitar la variación de la resistencia con la temperatura.
CONCEPTO DE LINEALIDAD .
Si se puede describir el comportamiento de una resistencia por un simple valor constante R, independiente de la corriente que la atraviesa y de la tensión entre sus bornes, entonces su característica tensión-corriente (curva de v en función de i) es una línea recta que pasa por el origen o rigen y la resistencia se considera lineal.
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En esta práctica, se estudiará el comportamiento de los resistores compactos de uso, a fin de averiguar si cumplen o no la ley de Ohm. Para ello se hará circular una intensidad de corriente por una resistencia y se medirá la diferencia de potencial que se establece entre sus extremos. Esta intensidad de corriente se variará en el transcurso de la experiencia mediante un reóstato, según el dispositivo que se describirá en el apartado correspondiente.
Figura Nª 1
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4. Materiales y Equipos
Dos Multimetros (para ser usados, uno como Amperímetro y el otro como Voltímetro)
Un Reóstato, para ser usado como potenciómetro.
Fuente de tensión continua.
Elementos resistivos: resistencia de carbón, lámpara incandescente y diodo.
Cables de conexión; dos hojas de papel milimetrado.
Fuente de Tensión
Multimetro
Multimetro Analógico
Reóstato
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5. Procedimiento
1. Armar el circuito mostrado en la fig. 02. Antes de encender la fuente, deberá revisarlo el profesor. 2. Desplazar el cursor del potenciómetro (P), hasta que el amperímetro A no señale paso de corriente, y el voltímetro V señale cero de voltaje. 3. Conecte la resistencia de carbón en 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. 5. Repetir el paso 4 para los valores de 2;3;4;5; y 6 voltios. 6. Repetir los pasos 3; 4; y 5, utilizando la lámpara incandescente, en lugar de la resistencia de carbón. 7. Repetir el paso 2; luego conectar en el circuito el diodo, en lugar de la lámpara incandescencia. 8. Desplazar el cursor del potenciómetro hasta que el amperímetro indique: 0,1; 0,2; 0,3;…; 0,9 Amp., y anotar los valores del voltaje para
estas resistencias.
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6.
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Datos RESISTENCIA DE CARBON FUENTE (Voltios)
VOLTIMETRO (Voltios)
AMPERIMETRO (miliamperios)
1
0,5
3,2
2
1,0
6,0
3
1,5
10,0
4
2,0
13,5
5
2,5
17,0
6
3,0
20,0
7
3,5
23,7
8
4,0
26,2
9
4,5
30,0
10
5,0
33,0
11
5,5
36,1
12
6,0
40,0
LAMPARA INCANDESCENTE
5
FUENTE (Voltios)
VOLTIMETRO (Voltios)
AMPERIMETRO (miliamperios)
1
0,06
20
2
0,15
40
3
0,36
60
4
0,73
80
5
1,08
100
6
1,50
120
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7
1,96
140
8
2,50
160
9
3,11
180
10
3,84
200
11
4,48
220
12
5,37
240
FUENTE (Voltios)
VOLTIMETRO (Voltios)
AMPERIMETRO (miliamperios)
1
0,72
20
2
0,75
40
3
0,77
60
4
0,78
80
5
0,79
100
6
0,79
120
7
0,80
140
8
0,80
160
9
0,80
180
10
0,81
200
11
0,81
220
12
0,82
240
13
0,83
340
14
0,84
480
15
0,85
640
16
0,86
900
DIODO
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7. Procesamiento de datos
8. Discusión o A análisis Para materiales no óhmicos la resistencia no es constante, en realidad, la resistencia disminuye cuando aumenta la corriente. Los materiales que cumplen con la relación lineal de ohm reciben el nombre de materiales óhmicos, mientras que a los materiales que no cumplen con la ley de ohm se les llama materiales no óhmicos. En la experiencia, se comprobó que la Intensidad es directamente proporcional al Voltaje, es decir, a mayor Voltaje, mayor Intensidad Es probable que la temperatura existente en la lámpara de prueba durante la experiencia, haya influido en el cambio del valor de la resistencia de ésta
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9. Respuestas a las preguntas 9.1.
Hacer una representación grafica de la intensidad de corriente I, en función de la tensión o voltaje V, para los tres elementos resistivos. ADJUNTO
9.2.
Explicar, ¿Cuáles de los elementos resistivos cumplen con la ley de Ohm?
De los resultados se puede concluir que no todos los elementos cumplen con la ley de Ohm. De tal manera que los materiales que cumple la ley de Ohm, son aquellos en que la diferencia de potencial a través de ellos es proporcional a la corriente. En los que se incluyen la mayor parte de los metales.
9.3.
Hallar la resistencia de cada uno de los tres elementos resistivos utilizados, para una tensión de 0,6 voltios.
9.4.
Definir: diodo, clases de diodo y corriente de saturación.
El diodo es un dispositivo electrónico de dos terminales (cátodo y ánodo) que presenta un comportamiento no lineal: permite el flujo de corriente en un sentido, y bloquea el flujo en el sentido opuesto. Su símbolo circuital puede observarse en la figura 1.
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Cuando el diodo conduce, la corriente circula desde el ánodo hacia el cátodo y se dice que el diodo está polarizado en directa. Cuando el ánodo está a menor potencial que el cátodo, el diodo se polariza en inversa y no permite que circule corriente desde el cátodo hacia el ánodo. La curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest. Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituidos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison. Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.
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(Is ). Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura.
Corriente inversa de saturación
Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de unión abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos: · Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarización inversa se generan pares electrón hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V. · Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores .
Diodos Termoiónicos Los diodos termoiónicos son dispositivos de válvula termoiónica (también conocida como tubo de vacío), que consisten en un arreglo de electrodos empacados en un vidrio al vacío. Los primeros modelos eran muy parecidos a la lámpara incandescente. En los diodos de válvula termoiónica, una corriente a través del filamento que se va a calentar calienta indirectamente el cátodo, otro electrodo interno tratado con una mezcla de Bario y óxido de estroncio, los cuales son óxidos alcalinotérreos; se eligen estas sustancias porque tienen una pequeña función de trabajo (algunas válvulas usan calentamiento directo, donde un filamento de tungsteno actúa como calentador y como cátodo). El calentamiento causa emisión termoiónica de electrones en el vacío. En polarización directa, el ánodo estaba cargado positivamente por lo cual atraía electrones.
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Sin embargo, los electrones no eran fácilmente transportados de la superficie del ánodo que no estaba caliente cuando la válvula termoiónica estaba en polarización inversa. Además, cualquier corriente en este caso es insignificante.
9.5.
Enumere algunas aplicaciones de la ley de Ohm. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto de la corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de corriente alterna deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias En la mayoría del siglo 20 los diodos de válvula termoiónica se usaron en aplicaciones de señales análogas, rectificadores y potencia. Hasta el día de hoy, los diodos de válvula solamente se usan en aplicaciones exclusivas como rectificadores en guitarras eléctricas, amplificadores de audio, así como equipo especializado de alta tensión
Símbolo de un diodo de vacío o gaseoso. De arriba a abajo, sus componentes son, el ánodo, el cátodo, y el filamento.
Los diodos Zener generan ruido. Por esa característica, son usados en los generadores de ruido y puentes de ruido.
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10. Conclusiones
Se puede establecer que existe una relación entre la corriente y el voltaje, que la resistencia aumenta cuando el voltaje y la corriente aumentan y disminuye cuando estos disminuyen cumpliendo con la ley de ohm.
Con este laboratorio pudimos aprender a realizar mediciones de voltaje y corriente electrica que circula en un circuito, determinando la lectura del amperimetro y voltimetro.
Podemos decir que el surgimiento de los Diodos ha proporcionado un gran avance a la ciencia no solo a la electrónica sino a la ciencia de forma general porque casi todos equipos que tenemos en la actualidad funcionan con componentes eléctricos y con presencia de diodo en sus circuitos
11. Recomendaciones
Contar con el asesoramiento de una persona experta en mediciones.
Utilizar instrumentos de medición calibrados.
Armar correctamente el circuito eléctrico, asegurándose primero que la fuente de suministro de energía eléctrica este desconectada.
El amperímetro, el voltímetro, las resistencias y el reóstato son instrumentos muy sensibles, así que se les debe de usar con sumo cuidado y sabiendo lo que se hace.
Tener mucho cuidado al momento de realizar la medición en voltímetro o amperímetro.
Leer correctamente lo que indican los respectivos instrumentos de medida.
12. Bibliografía
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Física tomo 1- Serway Raymond
Física. Custodio García Andrés.
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