2017
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Ingeniería de Sistemas e Informática Escuela de Ingeniería de Software
Alumnos:
Arroyo Romo, Alisson Carranza Torres, Jhonatan Lamas Piñeiro, Julio La Rosa Menacho, José Paita Machuca, Oscar Camilo Peralta Mezones, Perla Patricia Politi Bustamante, Ximena
[INSTRUMENTACIÓN DE LA LEY DE OHM]
INSTRUMENTACIÓN Y LEY DE OHM INSTRUMENTACIÓN:
OBJETIVOS: 1. Conocer el manejo de instrumentos y materiales de uso corriente en los experimentos de electricidad y magnetismo. 2. Conocer el área de operación de los instrumentos y determinar sus lecturas. 3. Aprender a montar circuitos sencillos y medición de Tensión y corriente eléctrica. 4. Identificación de los valores de d e Resistencia.
MATERIALES
SISTEMA UNITR@IN. – En el cual podemos tener los instrumentos Virtuales como una fuente de corriente Continua, Voltímetro, Amperímetro, Osciloscopio.
FUNDAMENTO TEORICO
CORRIENTE ELECTRICA.- Los electrones se pueden mover con mayor velocidad mientras mayor sea la intensidad de la tensión aplicada y menor sea la resistencia que la red de átomos oponga a su paso. La intensidad de corriente I se define como la carga Q que fluye por unidad de tiempo a través de una sección transversal del conductor, eso es:
I=
La unidad con la que se designa la intensidad de la corriente es el amperio (A).
PROCEDIMIENTO Experimento 1a
Circuito sencillo de corriente En el siguiente se debe mostrar, en primer lugar, que una corriente puede circular cuando el circuito de corriente se encuentra cerrado. Para ello se empleará el circuito que se encuentra en la parte superior de la tarjeta de Circuito de resistencias SO42036A, cuya fuente de tensión continua de 15V se activa automáticamente una vez que la tarjeta se ha insertado en el experimentador. experimentador. Una lámpara incandescente servirá como carga de este circuito. El circuito de corriente se puede abrir o cerrar por medio de la inserción de diferentes conectores.
MEDICION DE TENSIÓN La tensión eléctrica se mide con el voltímetro. La siguiente representación muestra e símbolo grafico de un voltímetro.
EJECUCIÓN DEL EXPERIMENTO Monte el circuito experimental representado a continuación: Las figuras siguientes ilustran la estructura de la conexión.
Ajustes del voltímetro A Rango de 20V DC medición: Modo de AV operación:
Experimento 1b Medición directa de la corriente eléctrica La corriente eléctrica se mide con un amperímetro. Medición indirecta de la corriente eléctrica Si no se tiene la disposición de un amperímetro, sino únicamente un voltímetro, se puede determinar también de manera indirecta la intensidad de la corriente por medio de una medición de tensión. Para ello se aprovecha la relación que existe entre la corriente y l la tensión en una carga – esto es, la ley de Ohm. La intensidad de corriente I que nos interesa se obtiene entonces a partir de la ecuación:
I=
UM RM
Experimento 1c Ejecución del experimento con la Resistencia de medición y el instrumento virtual Monte el circuito experimental representado a continuación. La animación siguiente ilustra la estructura de la conexión.
Ajustes del Amperímetro A Rango de 200 mA DC medición: Modo de AV operación: Shunt: 10 ohmios
Resistencia Eléctrica Si una corriente eléctrica circula a través de un conductor, los portadores de carga libres (electrones libres) se mueven entre los átomos de la red. En este caso siempre se producen colisiones entre los átomos, por lo cual, los electrones libres se ven rechazados y, de esta manera, se frena su movimiento. El conductor opone una resistencia a la corriente eléctrica eléctrica que debe ser vencida por la tensión.
R=
.
La constante de material indica la resistencia específica del material conductor en la unidad mm 2/m, L es la longitud del conductor, en m, y A la sección transversal del conductor en mm 2.
Diseños de las resistencias Las imágenes siguientes muestran los símbolos gráficos de diferentes tipos de resistencias.
Resistencia común
Resistencia variable
Resistencia en contacto
Codificación por colores de las resistencias El siguiente gráfico ilustra la codificación:
Para la resistencia representada en la parte superior, a partir de los dos primeros aros (negro y amarillo), se obtiene un valor decimal de 10 y, a partir del tercer aro (rojo), un factor de 103, con lo que se obtiene un valor total de resistencia de: R=10.10 3 = 10k. La codificación de colores para la tolerancia está indicada en la siguiente tabla: En la resistencia representada al inicio de la página, el aro derecho es de color dorado; la resistencia posee, por tanto, una tolerancia de ±5%.
La tabla siguiente indica los valores codificados de las resistencias.
PROCEDIMIENTO Llenar la tabla 1 con los valores de las resistencias del tablero de resistencias con sus respectivas tolerancias. 1 2 3 4 5 6
1° BANDA dorado naranja naranja dorado dorado dorado
2° BANDA negro naranja blanco negro negro marrón
3° BANDA marrón negro negro violeta rojo rojo
4° BANDA rojo dorado dorado dorado plateado marrón
VALOR DE R 10 ± 2% 33 ± 5% 39 ± 5% 107 ± 5% 102 ± 10% 102 ± 1%
LEY DE OHM
OBJETIVOS: 1. Verificar experimentalmente experimentalmente la ley de Ohm. 2. Obtener los datos de voltaje y corriente eléctrica en elementos resistivos con el fin de iniciar el estudio de circuitos eléctricos simples. 3. Diseñar y modelar circuitos eléctricos con resistencia en serie y paralelo.
MATERIALES
Multímetro MetraHit (si se dispone de él), con una resistencia(shunt), o con una entrada de medición de la interfaz UniTrain-I y el amperimetro virtual.
FUNDAMENTO TEORICO
Si se quiere resumir por medio del cálculo los procesos electrónicos que ocurren en un circuito sencillo de corriente, o en circuitos más complejos, es necesario conocer, por una parte, la dependencia que existe entre la intensidad de corriente I y la tensión U y, por otra parte, entre la corriente I y la resistencia R. Esta dependencia esta descrita por la ley de Ohm, que debe su nombre al famoso físico alemán. Ley de Ohm: La intensidad de corriente I aumenta si aumenta la tensión U y disminuye si aumenta la resistencia R. Aquí, la intensidad de corriente varia proporcionalmente a la tensión y de manera inversamente proporcional a la resistencia.
La ley de Ohm se puede expresar por medio de la siguiente fórmula:
I
U
R
PROCEDIMIENTO
U
I
R
R
U
I
Los siguientes componentes son necesarios, para la ejecución de los experimentos expuestos dentro del marco de este curso: La tarjeta insertable “Circuitos de resistencias” resistencias”
La tarjeta insertable UniTrain-I de Circuitos de resistencias SO4203-6ª permite el análisis de circuitos de corriente sencillos. Para ello, la tarjeta se ha dividido en seis sectores. 1. Circuito sencillo de corriente con tensión continua y lámpara incandescente con carga resistiva. 2. Circuito en serie compuesto por un máximo de tres resistencias. 3. Circuito en paralelo compuesto por un máximo de tres resistencias. 4. Un máximo de 6 resistencias resistencias conectadas en grupo5. Condensador con resistencia de carga 6. Bobina de resistencia a carga.
COMPROBACION ANALOGICA DE LA LEY DE OHM VARIACION DE VOLTAJE Y CORRIENTE MANTENIENDO LA RESITENCIA CONSTANTE
Figura 1
TABLA 1 Resi Resist sten enci cia: a: 100 100 oh ohmi mio o(
)
Voltaje(v)
14
13
11
8,9
6,7
4,9
3
1
Intensidad (mA)
150
135
115
95
72
51
30,4
7,2
VARIACION DE LA CORRIENTE Y LA RESISTENCIA, MANTENIENDO CONSTANTE CONSTANTE EL VOLTAJE. Usemos el mismo circuito de la figura 1, observe y anote en la tabla 2 los valores de corriente cuando cambian los valores de R en la caja de resistencias conservando constante la diferencia diferencia de potencial entre entre lo terminales de la misma Para conseguir esto varíe la posición del cursor del reostato para cada lectura. TABLA 2 V = 10 Voltios (V) Resistencia ( )
230
200
170
140
110
80
50
20
Intensidad (mA)
50
55
65
80
98
132
203
500
VARIACION DE LA DIFERENCIA DE POTENCIAL Y LA RESISTENCIA MANTENIENDO CONSTANTE LA CORRIENTE. Arme el circuito de la figura 2. Varíe los valores de la resistencia en la caja y para cada valor anote en la tabla 3 los valores del voltaje, conservando constante un determinado valor de la corriente para las distintas lecturas de V y R, variando la posición del cursor del reostato.
Figura 2
TABLA 3 Intensidad: 0,3 Amperios (A) Resistencia (
)
Voltaje (V)
50
45
40
35
30
25
20
15
15
13,8
12,1
10,7
9,3
7,8
6,2
4,8
CUESTIONARIO 1. Grafique en papel milimetrado e interprete V versus I, usando los valores de la tabla 1 determine el valor valor de la pendiente de la misma (USE (USE EL AJUSTE LINEAL DE LA PRIMERA RECTA DE REGRESIÓN) TABLA 1 (Gráfica adjunta) Voltaje(V) 14 Intensidad(mAI) 150
13 135
11 115
8,9 95
6,7 72
4,9 51
3 30,4
1 7,2
= 100Ω
Hallando “m”:
Xi = I (A)
Yi = V
Xi.Yi = V.I
Xi2 = I2
0.15
14
2.1
0.0225
0.135
13
1.755
0.018225
0.115
11
1.265
0.013225
0.095
8.9
0.8455
0.009025
0.072
6.7
0.4824
0.005184
0.051
4.9
0.2499
0.002601
0.0304
3
0.0912
0.00092416
0.0125
1
0.0125
0.00015625
Xi = 0.6609
Yi = 62.5
Xi.Yi =6.8015
X2 = 0.07184
=
=
∑ − ∑ ∑ ∑ − (∑ (∑ )
8(6.8015 ) − (0.6609)(62.5) (0.6609)(62.5) 8(0.07184) − (0.6609) = 95.0165 Hallando “b”:
=
=
∑ ∑ − ∑ ∑ − ∑ ∑ ∑ − (∑ )
(0.07184)( )(6.8015 0.07184)(62.5 62.5)) − ( − (0.6609 0.6609)( 6.8015)) 8(0.07184) 0.07184 ) − ( − (0.6609 0.6609)) = −0.03705
La ecuación es: = + = 95.0165 − 0.03705
2. Grafique e interprete V versus I, I versus R y V versus R en papel milimetrado y compare los valores encontrados a partir del análisis del gráfico con los valores de R, I y V de las tablas 1, 2 y 3 (USE EL AJUSTE LINEAL DE LA PRIMERA RECTA DE REGRESIÓN) Respuestas y gráficas adjuntas. 3. Considere una lámpara que tiene aproximadamente 50.5 Ω y por la cual pasa una corriente de 25 mA. ¿Cuál es el voltaje aplicado? ¿Se cumplirá la ley de Ohm? Aplicamos la ley de Ohm que nos dice lo siguiente: V
IR
Donde: V: voltaje I: intensidad de corriente
R: resistencia de la fuente En este caso poseemos el valor de la intensidad de corriente y el valor de la resistencia. Reemplazando en la formula, tenemos: V
3
25*1 5*10 0
V 1.2625
*50.5 *50 .5
, sería el voltaje aplicado.
Si se cumple la ley de Ohm. 4. Con respecto a la ley de Ohm podemos decir: I. II.
Se cumple en materiales conductores y semiconductores La pendiente de la gráfica voltaje vs. Intensidad da como resultado el valor de la resistencia. III. Qué la ley de matemática que la gobierna es I=V/R y sirve tanto para corriente continua como alterna. A)VVV B)VFF C)FVF D)VVV E)VFF
CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS
La ley de ohm no se cumple para todos los materiales, por ejemplo no cumple para los semiconductores. semiconductores. La grafica de R versus I tiene pendiente negativa debido debido a que son inversamente proporcionales proporcionales y la gráfica de V versus I, al ser rectificada, tiene pendiente positiva debido a que son directament d irectamente e proporcionales. Concluimos que se puede observar de varias formas los fenómenos electrodinámicos gracias a las nuevas tecnologías, lo que seguro, despertará el interés en futuras generaciones. Los resultados de la experimentación, haya sido mediante un circuito digital o uno tradicional, demuestran que se cumple en estos la ley de Ohm. Al momento de armar el circuito tradicional, trazar un esbozo de este en papel, para poder usarlo de guía y facilitar el armado. Las gráfica V vs I presenta una pendiente positiva, debido a que el voltaje y la intensidad de corriente son inversamente proporcionales. proporcionales. Pero la recta no salió exacta debido a ciertos errores al maniobrar los materiales. Los materiales deben estar listos para poder avanzar con la clase. Las gráfica V vs R nos muestra de forma práctica lo que la Ley de Ohm nos dice de manera teórica, que V y R al ser indirectamente presenta una pendiente positiva. El error instrumental condiciona los resultados de la gráfica en un 0.5%, lo que hace que la pendiente de la recta V-R varíen con respecto al error en 0.15cm. Los materiales deben de estar en contante mantenimiento, a su vez se debe verificar el correcto uso de la fuente de poder y de los cables conectores.
