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I2. DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN ENTRE VOLTAJE Y CORRIENTE EN MATERIALES ÓHMICOS Y NO-ÓHMICOS * María José Aguilar Díaz - Código 2160720 – Geología Andrés Mauricio Bermúdez - Código 2160697 - Geología Andrés Felipe Rosas Niño - Código 2161708 - Geología
“La teoría es asesinada tarde o temprano por la experiencia”. Albert Einstein
Resumen En este reporte de investigación se busca ratificar experimentalmente la Ley de Ohm. La práctica consiste en establecer las relaciones entre potencial eléctrico, corriente eléctrica y la resistencia, en diferentes materiales, y así realizar los respectivos gráficos que nos permitan identificar y caracterizar de manera experimental el comportamiento eléctrico de un material óhmico y noóhmico.
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Reporte de investigación del subgrupo #, grupo B2A, presentado al profesor Freddy Parada Becerra en la asignatura de Laboratorio de Física II. Fecha: 8 de mayo del 2017.
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1. INTRODUCCIÓN
Ley de Ohm: Postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, establece que la diferencia de potencial “V” que aparece entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente “I” que circula por dicho conductor. (Wikipedia, 2017). Teniendo en cuenta que no se menciona la resistencia ya que esta representa la constante de proporcionalidad involucrada.
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I = Intensidad o corriente eléctrica. [Amperio] V = Voltaje o tensión eléctrica [Voltio] R = Resistencia eléctrica [Ohmio; Voltio/Amperio]
Figura 1. Ley de Ohm
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Figura 2. Materiales óhmicos y no-óhmicos
Corriente eléctrica o intensidad eléctrica: Es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material y su unidad se denomina amperio (A). El instrumento usado para medir la intensidad se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor por el que circula la corriente que se desea medir (Wikipedia, 2016). Existen dos tipos de corriente, alterna y continua. La primera se le denomina al flujo de cargas eléctricas que
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no cambia de sentido con el tiempo, la segunda es la corriente en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente.
Resistencia eléctrica: Es la oposición al flujo de electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio (Ω). Para la medida de la resistencia se utiliza un ohmímetro el cual se conecta en paralelo. Según sea la magnitud de esta medida los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductores. (Wikipedia, 2017)
2. METODOLOGÍA
a. Identificación de las Variables b. Reconocimiento de los equipos c. Realización del experimento d. Análisis de Datos e. Conclusiones
Figura 3. Metodología del proyecto
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a- Identificación de las variables: En la primera fase el valor de la resistencia se mantiene constante y de esta manera se calcula la relación entre el voltaje y la corriente. Posteriormente en la segunda fase se mide la relación entre la corriente y la resistencia dejando el voltaje constante. b- Reconocimiento de los equipos: Para llevar a cabo el experimento se utilizaron varios instrumentos del laboratorio: Fuente DC, multímetro (voltímetro, óhmetro y amperímetro), bombillo, reóstato, cables de conexión. c- Realización del experimento: Primero se determinará la relación entre corriente y potencial, para ello se establecerá una resistencia constante, la cual debe estar conectada en serie con el amperímetro y para determinar los potenciales se utilizará un voltímetro, que debe ir en paralelo. Con el fin de hallar la dicha relación se variaran los valores de potencial gradualmente y la corriente se calculara con la ecuación (1). Luego en la segunda fase se dejará el voltaje constante y de esta manera se calculará la relación entre corriente y resistencia. Para desarrollar esta fase se deben hacer varias marcas en la resistencia con el fin de poder medir varios valores de resistencias, luego se establece el valor fijo de potencial y se halla la relación anteriormente mencionada. En la tercera fase se hará un experimento parecido a los anteriores pero utilizando un bombillo de luz en lugar de una resistencia normal. Por último en la fase cuatro se sintetizarán los resultados obtenidos y se realizaran las respectivas gráficas de cada relación propuesta en cada fase. d- Análisis de datos: Los datos obtenidos en la experiencia se tabularan para su posterior análisis mediante la utilización de gráficas. 5
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e- Conclusiones: Luego del respectivo análisis de los datos se procede a concluir sobre lo realizado y demostrado mediante la experiencia de laboratorio.
3. TRATAMIENTO DE DATOS Y ANALISIS DE RESULTADOS Se tienen en cuenta los datos calculados en el laboratorio de física de la Universidad Industrial de Santander y se realizan algunos cálculos teóricos para comparar el error que se pudo presentar al realizar la práctica. Tabla 1. Voltaje Vs Corriente R=50Ω Resistencia: 50 Corriente Voltaje 0,15 9 0,33 18 0,5 27 0,57 36 0,86 45 1,04 54 1,22 63 1,3 72 0,155 81 1,73 90
Teniendo en cuenta que la corriente es igual:
Se puede verificar: [A] [A]
De esta forma se presentan los datos en la Figura 4 donde se pretende observar la linealidad que deben presentar respecto a la ecuación presentada anteriormente, debido a los errores tenidos al momento de la realización de la practica se logra evidenciar que los datos se encuentran dispersos respecto a la línea de tendencia es decir los errores de los datos experimentales respecto a los teóricos varían, esto se debe a la mala manipulación de los elementos del laboratorio y a la poca precisión en la toma de datos, de esta forma se
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puede tener el mismo análisis para las Figuras 5 y 6 donde la linealidad es más notoria pero aún hay errores en la toma de datos que no superan el 20%.
Voltaje
Voltaje vs Corriente 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
y = 33,714x + 23,018
0
0,5
1
1,5
2
Corriente Figura 4. Voltaje Vs Corriente R=50Ω
Tabla 2. Voltaje Vs Corriente R=62Ω Resistencia: 62 corriente voltaje 0,15 11 0,22 22 0,5 33 0,69 44 0,87 55 1,03 66 1,2 77 1,38 88 1,55 99 1,78 110
Teniendo en cuenta que la corriente es igual:
Se puede verificar:
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Voltaje vs Corriente 120 y = 60,131x + 4,1572 Voltaje
100 80 60 40 20 0 0
0,5
1
1,5
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Corriente Figura 5. Voltaje vs Corriente R=62Ω
Tabla 3. Voltaje Vs Corriente R=44Ω Resistencia: 44 corriente 0,16 0,34 0,55 0,7 0,86 1,06 1,2 1,44 1,6 1,79
voltaje 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80
Teniendo en cuenta que la corriente es igual:
Se puede verificar:
Podemos evidenciar que a medida que se avanza en la practica el error humano por decirlo así va disminuyendo considerablemente es decir entre más nos conocemos con los elementos logramos tener unos mejores resultados. 8
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Voltaje vs Corriente 90 y = 44,478x + 0,8565
80 Voltaje
70 60 50 40 30 20 10 0 0
0,5
1 Corriente
Figura 6. Voltaje vs Corriente R=44Ω
Tabla 4. Corriente Vs Resistencia V=40V Voltaje:40 resistencia corriente 20 1,93 26 1,54 32 1,22 38 1,03 44 0,88 50 0,78 56 0,71 62 0,64 68 0,58 74 0,53
Tabla 5. Corriente Vs Resistencia V=70V Voltaje: 70 resistencia corriente 38 1,84 9
1,5
2
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1,57 1,4 1,23 1,11 1,01 0,93
Tabla 6. Corriente Vs Resistencia V=40V Voltaje:30 resistencia corriente 20 1,36 26 1,11 32 0,88 38 0,75 44 0,64 50 0,57 56 0,52 62 0,45 68 0,42 74 0,37
Corriente vs Resistencia 2,5 y = 38,163x-0,992
Corriente
2 1,5 1 0,5 0 0
10
20
30
40
50
Resistencia Figura 7. Corriente Vs Resistencias V=40V
10
60
70
80
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Corriente
Corriente vs Resistencia 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
y = 76,406x-1,025
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Resistencia Figura 8. Corriente Vs Resistencia V=70
Corriente vs Resistencia 1,6 1,4
y = 27,541x-0,993
Corriente
1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Resistencia Figura 9. Corriente Vs Resistencia V=30
Como es posible evidenciar los resultados obtenidos en la práctica difieren con los datos obtenidos analíticamente, esto es debido por imprecisiones en el registro de los datos, el trabajo 11
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en los equipos, la cantidad de voltaje suministrado y el ambiente. En esta primera etapa es fácil evidenciar este error ya que se cumple la ley de ohm y se trabaja con Determinación de la relación entre voltaje y corriente con una resistencia interna (Bombillo)
Voltaje vs Corriente 120 100 Voltaje
80 60 40 20 0 0
0,1
0,2
0,3
0,4 0,5 Corriente
0,6
0,7
0,8
Figura 10. Voltaje vs Corriente no óhmico
Se determinó la intensidad de corriente para un bombillo a ciertos voltajes conociendo previamente que el bombillo no cumple la ley de ohm
4. CONCLUSIONES
Según las figuras 4,5 y 6 podemos concluir que hay una relación de linealidad entre la intensidad de corriente eléctrica y la diferencia de potencial con esto se comprueba la ley de OHM
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La resistencia es inversamente proporcional a la intensidad de la corriente que circula cuando la diferencia de potencial es constante, como evidenciamos en las figuras 7, 8,9
La variación entre los resultados experimentales y teóricos se debe principalmente a la perdida de energía en forma de calor
En la figura numero 10 cuando utilizamos un material no óhmico la relación entre la intensidad de corriente eléctrica y la diferencia de potencial es exponencial
5. REFERENCIAS
FísicaLab. (s.f.). Obtenido de https://www.fisicalab.com/apartado/ley-de-ohm#contenidos Serway, J. (s.f.). En J. Serway, Física para ciencias e ingeniería (págs. Capitulo 21, volúmen 2). Wikipedia. (2016). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica Wikipedia. (2017). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm Wikipedia. (2017). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica
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6. ANEXOS
Figura 11. Montaje realizado para la primera fase del experimento
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Figura 12. Montaje realizado para la segunda fase del proyecto
Figura 13. Montaje realizado para la tercera fase del laboratorio
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Figura 14. Tabla de datos utilizada en la fase uno del proyecto
Figura 15. Tabla de datos utilizada en la fase dos del laboratorio
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Figura 16. Tabla de datos utilizada en la tercera fase del experimento
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