LABORATORIO DE FISICA II PRACTICA Nº 7: LEY DE OHM
Guillermo Mendoza Turizo, Jesús David Martínez, Daniel Pedroza Periñán, Juan David Pérez Palencia, Fabián Andrés Villarraga Palencia Universidad de Cartagena Facultad de Ciencias e Ingeniería Programa de Ingeniería de Química
Objetivos
Por medio de una serie de datos obtenidos experimentalmente, hallar la relación que existe entre el volteje y la intensidad de la corriente, en un circuito sencillo, cuando la resistencia permanece constante A partir de la grafica hallada experimentalmente, deducir la ecuación conocida como ley de ohm.
Materiales
Voltímetro amperímetro Transformador Caja de resistencia reóstato
Resumen El objetivo de estas experiencias es verificar la relación entre la caída de potencial y la intensidad de la corriente en una resistencia. Para ello armamos un circuito con una resistencia y una resistencia variable y medimos la caída de tensión y la intensidad de la corriente de la resistencia que permanecía constante. Por medio del análisis y preparación de esta práctica los estudiantes deben hacer muchas medidas de voltaje, intensidad y resistencia, por lo que van a adquirir cierta soltura en el manejo del polímetro. Así mismo les va a permitir darse cuenta de la necesidad de tabular todas las medidas realizadas para después hacer su representación gráfica y la ecuación correspondiente Introducción Además es de severa importancia realizar este tipo de experiencias dentro del laboratorio, para así poder así poder poner en práctica aquellos conceptos conceptos teóricos, para luego sacar nuestras propias conclusiones y repercusiones al respecto. Debido a la existencia de materiales que dificultan más el paso de la corriente eléctrica que otros, cuando el valor de la resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, si la resistencia aumenta, la
corriente disminuye y, viceversa, si la resistencia disminuye la corriente aumenta, siempre y cuando, en ambos casos, el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante. Por otro lado, de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante. Discusión teórica Consideremos un cable de cobre con sus extremos conectados a una fuente eléctrica, si se aplica a este cable una diferencia de potencial V , fluirá una corriente I proporcional a la resistencia R del cable. Según la ley de Ohm, el flujo de corriente I es proporcional al voltaje aplicado V , e inversamente proporcional a la resistencia del cable, expresándolo matemáticamente como: Donde: I = corriente eléctrica, A (amperios) V = diferencia de potencial V (voltios) R = resistencia del conductor O (ohmios) La ecuación anterior, es comúnmente llamada la forma macroscópica de la ley de Ohm, ya que los valores de I , V y R son dependientes de la forma geométrica de un conductor eléctrico particular. La ley de Ohm puede ser también expresada en forma microscópica, la cual es independiente de la forma del conductor eléctrico como
O Donde: J = densidad de corriente (A/m2) E = campo eléctrico (V/m) ρ = resistividad eléctrica (Ω m) -1
σ = conductividad eléctrica (Ω m)
La densidad de corriente J y el campo eléctrico E , son vectores cuantitativos con magnitud y dirección. La resistencia eléctrica R de un conductor, como en un cable metálico, es directamente proporcional a su longitud L e inversamente proporcional a al área de su sección transversal A. Estas magnitudes están relacionadas a través de una constante del material llamada resistividad eléctrica ρ, de acuerdo con la expresión:
O Frecuentemente es más conveniente pensar en términos de paso de corriente eléctrica en vez de resistencia, y así la cantidad de conductividad eléctrica σ, puede ser definida como el reciproco de la resistividad eléctrica:
Intensidad: El flujo de carga que recorre un cable se denomina intensidad de corriente (I), y es la cantidad de coulomb que pasan en un segundo por una sección determinada del cable. Un coulomb por segundo equivale a 1 amperio, unidad de intensidad de corriente eléctrica. Para poder estudiar que pasa en un circuito eléctrico sometido a corriente, se parte de supuestos:
a) la cantidad de cargas es la misma, no hay sumideros ni generadores de carga, independientemente de la sección. b) la corriente no es un vector. c) las cargas eléctricas no se mueven libremente, si no que son arrastradas por el campo eléctrico. Resistencia: Normalmente, todas las sustancias, tanto conductores como aislantes, ofrecen cierta oposición al flujo de una corriente eléctrica, y esta resistencia limita necesariamente la corriente. La unidad empleada para cuantificar la resistencia es el ohmio (Ω), que se define como la resistencia que limita el flujo de corriente a 1 amperio en un circuito con una fuerza electromotriz de 1 volt .
Todos los componentes de un circuito eléctrico exhiben en mayor o menor medida una cierta resistencia. El voltaje , denotado con la letra V (y algunas veces "E", representando la fuerza electromotriz), es el empuje de electrones a través del cable o alambre, y es medido en voltios. Cuando el voltaje es aplicado a un alambre sería poco inteligente tocarlo, pero sin voltaje el alambre sería inofensivo. En la analogía del flujo del agua, el voltaje es análogo al peso del agua en la torre que empuja el agua a través de todas las tuberías.
Procedimiento experimental Utilizando la caja de resistencia en la escala de 1 a 1000 Ω, haga variar la corriente con el reóstato (10 valores) y mida la corriente y el voltaje para cada una de las 3 resistencias. Escriba estos valores, para cada resistencia, en las tablas. Repita el mismo procedimiento pero haga variar la corriente del reóstato, utilizando la caja de resistencia Análisis y discusión de resultados Voltaje de la fuente ≈ 20 V
Resistencia menor o igual a 100 Ω
Resistencia teórica 100 Ω ±5% Resistencia experimental 100 Ω Error = (100 – 100)/100 = 0 % I ΔV
181 mA 16.7 V
104 mA 10.15 V
140 mA 13.69 V
120.5 94.8 mA mA 11.72 V 9.26 V
81.3 mA 7.69 V
72.1 mA 7.08 V
67.5 mA 6.64 V
63.7 mA 6.28 V
58.0 mA 5.85 V
) V ( l a i c n20 e t o15 p e d10 a i 5 c n e 0 r e f i d
Grafica de diferencia de potencial contra intensidad de corriente con resistencia 100 Ω
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Intensidad de corriente (A)
Ecuación de la recta: y = 91,24x + 0,537 Tomando la derivada de la ecuación anterior queda que la resiste ncia es igual a 91.24 Ω %E = (100 – 91.24)/100 = 0.0876 x 100 = 8.76% con respecto a la resistencia teórica y experimental. Con la segunda resistencia da los sgtes datos:
Resistencia mayor a 100 Ω y menor a 500 Ω
Resistencia teórica 330 Ω ±5% Resistencia experimental 324 Ω Error (330 – 324)/330 = 0.02 x 100 = 2 % I ΔV
59 mA 19.12 V
) V ( l a i c 30 n e t o20 p e d10 a i c 0 n e r e f i d
58.1 mA 18.58 V
52.5 mA 16.82 V
47.9 44.8 mA mA 15.34 V 14,35 V
41.7 mA 13.41 V
40.7 mA 13.09 V
38.9 mA 12.51 V
37.5 mA 12.07 V
36.9 mA 11.89 V
Grafica de diferencia de potencial vs intensidad de corriente con resistencia 330 Ω
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
Intensidad de corriente (A)
Ecuación de la recta: y = 321,3x + 0,000 Tomando la derivada de la ecuación anterior queda que la resistencia es igual a 321,3 Ω
%E = (330 – 321.3)/330 = 0.0263 x 100 = 2.63 % con respecto a la resistencia teórica %E = (324 – 321.3)/324 = 8.3E-3 x 100 = 0.83 % con respecto a la resistencia experimental Con la tercera resistencia da los sgtes datos:
Resistencia mayor a 500 Ω
Resistencia teórica 560 Ω ±5% Resistencia experimental 550 Ω Error (560 - 550)/560 = x 100 = 1.78 % I ΔV
36.4 mA 19.83 V
35.6 mA 19.35 V
33.2 mA 18.03 V
31.8 mA 17.3 V
30.5 mA 16.61 V
29.5 mA 16.02 V
28.7 mA 15.61 V
27.9 mA 15.2 V
27 mA 14.72 V
26.5 mA 14.35 V
Grafica de diferencia de potencial contra intensidad de corriente con resistencia 560 Ω ) V ( l a i c n e t o p e d a i c n e r e f i d
25 20 15 10 5 0 0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
Intensidad de corriente (A)
Ecuación de la recta: y = 544,7x - 0,025 Tomando la derivada de la ecuación anterior queda que la resistencia es igual a 544.7 Ω %E = (560 – 544.7)/560= 0.0273 x 100 = 2.73 % con respecto a la resistencia teórica %E = (550 – 544.7)/550 = 9.63E-3 x 100 = 0.96% experimental
con respecto a la resistencia
Observamos que cada vez que aumentaba la resistencia colocada, la intensidad iba disminuyendo su valor esto es debido a que la intensidad de corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Pero el voltaje es proporcional a estos dos valores, en la experimentación teníamos una resistencia constante y hacíamos variar la intensidad cuando la corriente disminuía el voltaje también lo hacia y viceversas cuando la corriente aumentaba el voltaje también aumentaba. Cuando aumentábamos el valor de la resistencia variable este ayudaba a cambiar la corriente dentro del la resistencia los que
no permitía tener un voltaje de fuente constante y que no se fuera a dañar o sufrir problemas. Conclusión Con este informe; hemos corroborado la ley de OHM; midiendo el ohmiaje de las resistencias y su porcentaje de error teórico y después de la práctica. Hallando el amperaje de los circuitos. Los resultados arrojados en la práctica y dadas a conocer este informe concuerdan con la ley de OHM, por lo tanto, cada uno de los datos tienen la veracidad de un informe bien realizado. Sin embargo al realizar esté tipo de experiencias, se deben tomar en cuenta muchos factores externos que desviaban los resultados, como si en las condiciones físicas en donde se desarrollo la experiencia fueron las apropiadas, o si el instrumento estaba correctamente calibrado. O por parte humana como falta de experiencia al leer un instrumento de medición, entre otras muchas más. Para poder discernir objetivamente sobre los resultados obtenidos y así no sacar conjeturas erróneas, a la hora de interpretar los datos obtenidos. Observamos que el voltaje es directamente proporcional a la resistencia y a la intensidad de corriente observamos que la resistencia era un valor constante y que la intensidad iba variando gracias a la resistencia variable que estaba conectado al circuito sabiendo que cuando hay un circuito en serie el voltaje total es la suma del volteje en cada una de las resistencia. Entonces se podía hablar de una ecuación lineal donde la pendiente de la función era el valor de la resistencia. Bibliografía SERWAY, Raymond. Electricidad y magnetismo; editorial Mc Graw Hill http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm#Enunciado
