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• Camila Andrea Charris Bolaño

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FACULTAD DE INGENIERÍA FISICA II

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GUÍA DE LABORATORIO No. 5

GUIA VIRTUAL 5 y 6 LEY DE OHM, y LEYES DE KIRCHHOFF 1. OBJETIVOS General Comprobar la relación de la ley de Ohm y las leyes de Kirchhoff.

Específicos • • •

Comprobar la veracidad de la ley de Ohm. Calcular el valor de un resistor a partir de la ley de Ohm. Calcular las corrientes de Malla mediante simulador y analíticamente.

2. Materiales de Laboratorio -

Interfaz VIRTUAL Sensor de Voltaje – Corriente Protoboard Fuente de Voltaje DC Resistencias Cables de interconexión

3. Fundamentos Físicos

VERSIÓN: 03 FECHA: 23 DE junio de 2015 GUÍA: 05 ELABORÓ: SANDRA DAZA Y LETICIA ACOSTA REVISÓ: ARACELYS AVILA APROBÓ: OBER ROMERO

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Como resultado de su investigación, en la que experimentaba con materiales conductores, el científico alemán Georg Simon Ohm llegó a determinar que la relación entre voltaje y corriente era constante y nombró a esta constante resistencia. Esta ley fue formulada por Georg Simon Ohm en 1827, en la obra Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (Trabajos matemáticos sobre los circuitos eléctricos), basándose en evidencias empíricas. Y se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación:

donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que: I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω). Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor varía con la temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el tiempo que esté circulando. La ley define una propiedad específica de ciertos materiales por la que se cumple la relación:

Un conductor cumple la Ley de Ohm sólo si su curva V-I es lineal, esto es si R es independiente de V y de I. La relación V =IR suele identificarse con la ley de Ohm; sin embargo, no debes olvidar que lo importante es el concepto de proporción directa para el caso de materiales óhmicos. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente directa (DC) por ejemplo las baterías, como a los de corriente alterna (AC). Medida De Una Resistencia: Una resistencia se puede medir directamente

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utilizando un tester análogo o digital utilizándolo en la posición con el símbolo Ω (omega).También se puede determinar su valor utilizando un código de colores el cual nos indica por medios de bandas el valor de ésta con una tolerancia determinada. Negro 0 Marrón 1 Rojo 2 Naranja 3 Suponga por ejemplo una resistencia con las siguientes bandas  Amarill 4 o Verde 5 Azul 6 Violeta 7 Gris 8 Blanco 9 Dorado 5% de tolerancia Plateado 10% de tolerancia Sin color 20% de tolerancia El valor en Ohmios de la resistencia se determina de la siguiente manera: Rojo: 2 Violeta: 7  Negro: 0 Dorado: 5% de tolerancia Luego el valor será 27 x 100 = 27 ± 5% La primera banda indica el primer dígito, la segunda el segundo y la tercera el exponente de la potencia de 10. La cuarta banda indica la tolerancia.

4. Conteste las Siguiente Ideas Previas  Las baterías siempre tienen rotulada su fem; por ejemplo, una batería de tamaño AA para linterna dice “1.5 volts”. ¿Sería apropiado etiquetarlas también con la corriente que producen? ¿Por qué? No, porque la corriente que producen depende de la resistencia del circuito del que forman parte  La corriente ocasiona que la temperatura de un resistor real se incremente. ¿Por qué? ¿Qué efecto tiene el calentamiento sobre la resistencia? Explique. La corriente eléctrica fluye con electrones que chocan inelásticamente con los iones o electrones del conductor, así en resistencias se debe a que el

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paso de los electrones por el material es restringido lo que provoca calentamiento por rozamiento a nivel atómico  ¿Cuál es la diferencia entre un material óhmico y uno que no lo sea?

5. Esquemas de Medición A continuación se muestra un circuito esquemático de la práctica virtual.

En la siguiente imágen vemos las formas de cómo conectar los componentes para medir los voltajes (en paralelo) y las corrientes (en serie) en un circuito.

Un PASCO Xplorer con un sensor combinado de voltaje - corriente. Los cables de voltaje se conectan en paralelo al componente a medir

6. PROCEDIMIENTO 1

Un PASCO Xplorer con un sensor combinado de voltaje – corriente. Los cables que miden corriente están conectados en serie con el circuito.

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Abra el simulador en la siguiente dirección: http://labovirtual.blogspot.com/2009/09/ley-de-ohm.html

 Observe las conexiones e identifique cada elemento.  Encuentre el valor de cada resistor y su tolerancia dispuesto para la práctica en la parte derecha, usando el código de colores. Registre las bandas de color, el valor de la resistencia, la tolerancia y su incertidumbre absoluta en la tabla 1. Tabla 1: Valor de la resistencia Resistor R3 R2

R1

R4

Bandas de Color Primera Segunda Tercera Cuarta Valor codificado, R(Ω) Tolerancia T (%) Valor mínimo Valor máximo  Debe realizar el experimento para cada una de las resistencias y registre cada dato tomado de corriente para valores de voltaje comprendidos entre 0 y 5 V.  Enciende la fuente de alimentación y ve variando el voltaje. Determina como varía la intensidad de corriente con el voltaje. Para ello completa la siguiente tabla (para cada resistencia):

TABLA DATOS 1

 VPRACTICO(V) 0

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

 IPRÁCTICO(A)  VTEÓRICO(V) 0

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ITEÓRICA(A) b) Representa los resultados de la tabla en una gráfica (Representa el voltaje el eje de ordenadas) y escribe el resultado de la interpretación gráfica. c) Escribe tus cálculos analiticos de voltaje y corriente para cada resistencia. e) Comprueba tus resultados en el simulador de circuitos eléctricos : http: https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html Y ADJUNTA LOS PANTALLAZOS DE LOS RESULTADOS.

7. Responde las Siguentes Preguntas Apoyándose en las gráficas y en los resultados de las mediciones realizadas conteste las siguientes preguntas:  ¿Son todas las resistencias óhmicas?  ¿Se cumple la ley de Ohm para el caso de la resistencia escogida?  Utilizando un ajuste proporcional, establezca qué significado físico tiene la pendiente de la recta.  ¿Qué aplicación sugiere para un resistor con las características que muestra la gráfica obtenida?  Cómo se podría deducir experimentalmente el valor de la resistencia o de un arreglo de resistencias mediante el uso de simuladores virtuales.¿Cuál de los dos simuladores utilizados, el instrumental o el de circuitos presentó la mayor incertidumbres absoluta y relativa? Calcule los valores de las incertidumbres en cada caso.  Compare la resistencia obtenida por método virtual con el valor dado según el código de colores. ¿Que tanto se alejan los valores?

7. PROCEDIMIENTO 2

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Imlemente en el simulador los siguientes circuitos y demestre analíticamente, mediante el planteamiento de ecuaciones, que se cumplen los valores esperados de las corrientes señaladas en color rojo:

Circuito 1

Circuito 2

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Circuito 3

8. Indica tus observaciones 9. Relaciona tus Conclusiones 10. Adjunta evidencias del trabajo virtual en equipo.

11. Referencias Biliográficas [1] R. Serway y J. Jewett. Física para ciencias e ingeniería vol 2, 7a edición. Ed Cengage Learning. 2008. [2] D. Halliday, R. Resnick e I. Walker. Física vol. 2, 5a edición, Jhon Wiley & Sons N.Y., USA. 1997. [3] S. Gil y E. Rodríguez. Física re-creativa: experimentos de Física usando nuevas tecnologías. Argentina: Prentice-Hall, 2001. [4] F. Sears, M. Zemansky, H. Young y R. Freedman. Física universitaria, vol. 2, 12a .ed. México: Addison Wesley Longman, 2009. [5] H. Benson. Física universitaria, Vol. 2. México: CECSA, 2000. [6] Physics labs with computers teacher´s guide, Vol. 1. United States of America: PASCO Scientific, 1999.