• Categories
• Resistencia eléctrica y conductancia
• Corriente eléctrica
• Voltaje
• Electricidad
• Magnetismo

Citation preview

PRÁCTICA No. 6 LEY DE OHM 1 INTRODUCCIÓN La ley de Ohm, basada en el trabajo de Georg Simon Ohm es una de las tres leyes esenciales en el estudio de la electricidad. La ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. A partir de esta definición, se realizo la práctica de ley de Ohm en el laboratorio de Física, la cual tuvo como objetivo principal comprender el significado de esta y aplicarla en la misma. Por lo tanto, se realizaron tres montajes, con el dispositivo creado por ©by LD Didactic GmbH, en los cuales se presentan distintas características en las cuales varía la sección transversal, la longitud y el material a trabajar. Después de realizar cada montaje se toman los datos en las tablas propuestas. En este informe, se presentan los datos obtenidos durante la práctica, a partir de la representación de los mismos por medio de la gráfica V(V) vs I(A) para cada montaje. Así mismo, se realizara un análisis de la práctica, en el cual se buscara la relación en estas variables, es decir, la resistencia. 2

OBJETIVOS

2.1 Objetivo General Comprender el fundamento básico de la Ley de Ohm a partir de la toma de datos realizada en el laboratorio. 2.2 Objetivos específicos  Determinar cómo varía la resistencia de un material constatan, cuando se cambia el área de la sección transversal.  Determinar cómo varíala resistencia de un material constatan, cuando se cambia la longitud.  Diferenciar los materiales, constatan y latón, trabajados en la práctica de laboratorio.  Realizar la gráfica de V(V) vs I(A) y encontrar la relación existente entre estas variables. 3 RESUMEN DE LA PRÁCTICA La docente Nina Clavijo realiza la explicación correspondiente a la presente práctica, dando ciertas especificaciones para que esta se pudiera realizar de la manera correcta, por ejemplo, los elementos que se requerían para la construcción

del montaje y la respectiva conexión entre los mismos. Por otro lado, recomendó que la corriente utilizada durante la toma de datos no debía superar los 2.0 A. Así mismo, explico la respectiva toma de datos de acuerdo a los cambios que se realizaron en la práctica, es decir, cambios en la sección transversal o la longitud respectiva de cada montaje. Antes de iniciar la toma de datos, aclaro varias dudas con respecto a las actividades que se tenían que realizar con los datos. Algunas actividades fueron: Realizar la grafica V (V) VS I(A) y responder a las preguntas propuestas en la guía para la presente practica. Para el desarrollo de la práctica se necesitaron los siguientes instrumentos: multimetro, una fuente, conectores, aparato diseñado por “by LD Didactic GMB H” y las tablas impresas para la toma de datos. Posteriormente, se procedió a realizar el primer montaje, el cual esta caracterizado por ser trabajado con material constatan y una longitud de 1 metro. Así mismo, se da un voltaje, por el cual se ha de tomar la intensidad de la corriente para cuatro diferentes secciones transversales; 1.0 mm, 0.7 mm, 0.5 mm y 0.35 mm. A continuación, se realiza el segundo montaje, en el cual se toma como referencia el material constatan y la sección transversal de 0.7 mm pero varia la longitud con respecto al primer montaje, ahora se trabaja con una longitud de 2.0 m. Se hace uso del multimetro en cada montaje trabajado para medir la intensidad de la corriente.

Fig. 1. Montaje realizado en el laboratorio. Tomado de: Los autores.

Ley de Ohm. Postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una ley de electricidad [1]. Establece que “la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo”. I=

Fig. 2. Montaje realizado en el laboratorio. Tomado de: Los autores.

Para finalizar, se realiza el tercer montaje, caracterizado por manejar una sección transversal de 0.5 mm y una longitud de 1.0 m. Sin embargo, se trabaja un material distinto al constatan, el latón. Se toman los datos correspondientes y se llenan las tablas sugeridas en la guía de la práctica.

En el Sistema internacional de unidades: I= Intensidad en amperios (A) V= Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω) [2] Intensidad de corriente (I). Que circula por un conductor es la cantidad de carga (q) que atraviesa cierta sección de dicho conductor por unidad de tiempo (t). La intensidad de corriente en el sistema internacional es el amperio (A), en honor del físico francés André- Marie Ampere. De esta forma un amperio es la intensidad de corriente que se produce cuando por la sección de un conductor circula una carga de un culombio cada segundo. [3]

Fig. 3. Montaje realizado en el laboratorio. Tomado de: Los autores.

Finalmente, se entregan los respectivos materiales al monitor y, de esta manera se da por terminada la práctica. 4 ENUNCIADO DEL PROBLEMA En los montajes realizados durante la práctica, dar respuesta a las siguientes preguntas:  ¿Cómo varía la resistencia de un material, constatan, manteniendo la misma longitud, cuando se cambia el área de la sección transversal?  ¿Cómo varía la resistencia de un material, constatan, con la misma área de sección transversal, cuando se cambia la longitud?  ¿Cómo varía la resistencia, con la misma área de sección transversal, y la misma longitud, cuando se cambia el material de alambre de constatan, a alambre de latón?  ¿Cuál es la resistividad del constatan y el latón? 5

MARCO TEÓRICO

Voltaje (V). Es una magnitud física, con la cual se puede cuantificar la diferencia de potencial eléctrico o la tensión eléctrica entre dos puntos, y es medible mediante un instrumento llamado voltímetro. El símbolo con el cual es representado el voltaje o tensión eléctrica es V, que representa a la unidad de medida que es el voltio o volt. [4] Resistencia. Es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico representa en si una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica. Para realizar el cálculo de la resistencia que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica, se utiliza la siguiente fórmula: R =Ƿ Donde:

R= Resistencia del material en Ohm Ƿ = Coeficiente de resistividad especifica del material

contestas las mencionadas.

anteriormente

1. En la primera tabla, se manejara el material constatan y una longitud de 1.0 metro. Se toma la intensidad de la corriente para distintas secciones transversales: 1 mm, 0.7 mm, 0.5 mm y, 0.325 mm, cuando se tiene un voltaje desde 0.1 voltios hasta 4.0 voltios.

L = Longitud del material en metros S = Superficie o área transversal del material [5] Resistividad. Es la resistencia eléctrica específica de cada material para oponerse al paso de una corriente eléctrica. Se designa por la letra /rho/ y se mide en ohmios por metro.

Se realizará una gráfica de las pendientes en función del área de la sección transversal del mismo material e igual longitud y, deducir la ecuación correspondiente. 2. En la segunda tabla, se manejara el material constatan y una sección transversal de 0.7 mm. Se toma la intensidad de la corriente para distintas longitudes: 1.0 m y, 2.0 m, cuando se tiene un voltaje desde 0.1 voltios hasta 4.0 voltios.

Donde R es la resistencia en ohms, S la sección transversal en m2 y l la longitud en m. Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrico, lo que determina si es un buen o mal conductor. [6] 6

preguntas

PROCEDIMIENTO

Se realizará una gráfica de las pendientes en función de la longitud del material para los alambres del mismo material y, analizar la dependencia.

6.1 Montaje

3. En la tercera tabla, se manejara la sección transversal de 0.5 mm y una longitud de 1.0 m. Se toma la intensidad de la corriente para diferentes materiales: Latón y constatan, cuando se tiene un voltaje desde 0.1 voltios hasta 4.0 voltios.

Fig. 4. Montaje a realizar durante la práctica. Tomado de: Material de trabajo.

Se propone deducir la resistividad del constatan y del latón. Así mismo, se ha de comparar con los valores teóricos reportados en las tablas.

El cual se realizara en el aparato diseñado por ©by LD Didactic GmbH:

7

RESULTADOS

7.1 Material constatan y longitud de 1.0 m. Diferente sección transversal. Fig. 5. Aparato usado durante la práctica. Tomado de: Material de trabajo.

6.2 Procedimiento Se propone llenar las tablas sugeridas y tomar diez (10) datos como mínimo para realizar las gráficas de V(V) vs I(A) y encontrar la relación, la resistencia, existente entre estas variables. Así mismo, se busca analizar la dependencia y

V(V) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

I(A) 1 mm 0,042 0,098 0,144 0,19 0,26 0,312 0,342

I(A) 0,7 mm 0,038 0,097 0,135 0,161 0,206 0,252 0,293

I(A) 0,5 mm 0,025 0,052 0,097 0,113 0,148 0,17 0,19

I(A) 0,35 mm 0,02 0,043 0,06 0,073 0,081 0,107 0,113

0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4

0,39 0,474 0,473 0,538 0,565 0,7 0,79 0,88 1 1 1 1,32 1 1,53 2 1,76 1,88 2 2

0,331 0,338 0,384 0,446 0,47 0,55 0,631 0,69 0,793 0,847 0,933 1 1 1 1 1,3 1 1 2

0,235 0,245 0,279 0,302 0,327 0,392 0,433 0,488 0,555 0,601 0,656 0,71 0,78 0,841 0,878 0,929 0,978 1 1,1

0,12 0,143 0,168 0,185 0,188 0,234 0,262 0,289 0,328 0,354 0,391 0,41 0,441 0,476 0,512 0,543 0,577 0,598 0,64

1 1,1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4

0,384 0,446 0,47 0,55 0,631 0,69 0,793 0,847 0,933 1 1 1 1 1,3 1 1 2

0,253 0,286 0,29 0,35 0,418 0,456 0,524 0,568 0,617 0,679 0,728 0,781 0,839 0,881 0,931 1 1,04

Tabla 2. Diferente longitud.

Tabla 1. Diferente sección transversal.

Gráfica 2. Diferente longitud. (Ver anexo) Gráfica 1. Diferente sección transversal. (Ver anexo)

7.3 Longitud de 1.0 m y sección transversal de 0.5 mm. Diferente material. 7.2 Material constatan y sección transversal de 0.7 mm. Diferente longitud.

V(V)

L=1m

L=2m

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

0,038 0,097 0,135 0,161 0,206 0,252 0,293 0,331 0,338

0,002 0,033 0,065 0,1 0,115 0,148 0,187 0,216 0,228

V(V)

Constatan I(A)

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0,025 0,052 0,097 0,113 0,148 0,17 0,19 0,235 0,245 0,279

Latón 0,054 0,14 0,2 0,229 0,305 0,364 0,392 0,439 0,555 0,563

I(A)

1,1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4

0,302 0,327 0,392 0,433 0,488 0,555 0,601 0,656 0,71 0,78 0,841 0,878 0,929 0,978 1 1,1

0,62 0,67 0,766 0,873 0,988 1,138 1,23 1,366 1,485 1,61 1,656 1,75 1,877 2

Tabla 3. Diferente material.

A partir de la información dada se describirá los diferentes fenómenos presentados en la resistencia de un material (R), dependiendo esta de diferentes variables como lo es el área transversal del material y la longitud. Inicialmente se determinará la razón de variación de una resistencia en un material según el área transversal de este; teniendo como definición que la resistencia es aquella que se opone al flujo de la corriente y esta es proporcional al diferencia de potencia e inversamente proporcional a la corriente dada el conductor. NOTA: Para el correspondiente análisis se usarán gráficas donde se represente la resistencia en funcionalidad de alguna de las variables ya mencionadas (área y longitud). PendienteResistencia

Área

Diámetro

6,3549

9,62E-08

0,00035

3,66

1,953E-07

0,0005

2,6456

3,848E-07

0,0007

1,9467

7,854E-07

0,001

Tabla 4. Relación entre resistencia y área transversal.

Gráfica 3. Diferente material. (Ver anexo)

8 ANALISIS DE RESULTADOS Para el siguiente análisis se hará una comprensión de la ley de electricidad postulada por el físico, matemático Simón Ohm, donde se establece que 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 el circuito, además teniendo en cuenta el factor de proporcionalidad entre el diferencial de potencial y la corriente se establece una resistencia eléctrica (R) que se da como noción de resistencia eléctrica (R); que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre (V) e (I): Gráfica 4. R vs A.

Con la gráfica 4. Se visualiza la resistencia en función del área transversal del conductor (constatan), se puede identificar que la sección transversal del material afecta a la conducción que este presenta. Cuanto mayor sea. Menor será la resistencia y por tanto mayor será el flujo de electrones. A esto puede darse como explicación que al aumentar el grosor del conductor se tendrá como consecuencia un número mayor de electrones para la misma corriente, lo que origina un menor esfuerzo y por lo tanto una menor resistividad. PendienteResistencia

1/Área

(1/

Tabla 6. Relación entre resistencia y longitud.

Diámetro (m)

)

1,9467

1273236,57

0,00035

2,6456

2598752,6

0,0005

3,66

5120327,7

0,0007

6,3549

10395010,4

0,001

Tabla 5. Relación entre resistencia y 1/área transversal.

Tabla 6.R vs L.

Continuamente en la gráfica 6. Se visualiza la resistencia en función de la longitud del conductor (constatan), se observa que a menor longitud, menor será su resistencia. A mayor longitud habrá un mayor camino para los electrones y se tardara más en circular la corriente eléctrica. Por lo tanto, a mayor longitud habrá mayor resistencia eléctrica.

Gráfica 5.Resistividad.

Para este caso entonces se presenta la gráfica 5 como resultado de la resistividad del material donde se puede ver que entre mayor es el diámetro del material mayor resistividad tendrá el mismo; dado de manera teórica con la siguiente fórmula que volverá a ser empleada más adelante.

Con lo anterior se determina que el valor de una resistencia es directamente proporcional al largo del conductor e inversamente proporcional a la sección del mismo. Esto es justificado de manera teórica a partir de la Ecuación número 1, referenciada antes. En seguida analizaremos la resistividad de un material, teniendo como base la anterior ecuación y despejando resistividad de esta para obtener:

NOTA: Se hará la comparación entre los materiales constatan y latón, la longitud aplicada

en la ecuación será omitida para su evaluación ya que esta es de 1 m en cada conductor.

observa que hay una relación directamente proporcional entre ambas variables. Debido a que en el laboratorio se tomaron dos longitudes distintas, se observa que a menor longitud, 1 metro, menor es la resistencia del material, es decir, el circuito se opone en menor medida a la corriente. En cambio, la longitud de 2 metros presento una resistencia más alta, en comparación a la ya mencionada. 

Tabla 7. Relación entre resistividad y material.

Se puede observar que el constatan tiene mayor resistencia que el latón y la resistencia al ser proporcional con la resistividad el del constatan también será mayor con respecto al latón. A partir de los datos teóricos podemos afirmar lo planteado anteriormente, dando como valores teóricos 4,9x10-7 Ω

A partir de la ecuación hallada para cada material en las graficas de V (V) VS I (A) se observa que el latón tiene menor pendiente, es decir, tiene menor resistencia que el material de alambre de constatan. Por lo tanto, el constatan tiene propiedades que mejoran su capacidad para oponerse al paso de la corriente.

y 5,9 x10-5 Ω

respectivamente para el constatan y para el latón. Las resistividades registradas en el análisis fueron tomadas de la ecuaciones halladas en los cálculos de la regresión de las gráficas V vs I donde la resistividad representa la pendiente de estos. 9



¿Cómo varia la resistencia de un material, constatan, manteniendo la misma longitud, cuando se cambia el área de la sección transversal? Por medio de las graficas obtenidas a partir de los datos tomados, se observa que cuando se cambia la sección transversal, misma longitud y material, hay una relación inversamente proporcional a la resistencia, es decir, a mayor sea el diámetro del alambre usado, menor será su resistencia. Se toma como ejemplo el diámetro de 1 mm, como resistencia es igual a voltaje sobre intensidad de corriente, se observa que la resistencia equivale a 1.9467 Ω. Sin embargo, si se toma el diámetro de 0.35 mm se observa que su resistencia equivale a 6.3549 Ω.



¿Cómo varia la resistencia de un material, constatan, con la misma área de sección transversal, cuando se cambia la longitud? Si se tiene la misma área transversal, el mismo material, pero la longitud varia, se

¿Cuál es la resistividad del constatan y del latón? En el laboratorio se hizo la respectiva toma de cálculos, por la cual se hallo la resistividad de cada material de alambre usado durante la misma. El latón tiene una resistividad de 3.82 x 10-7 Ωm2/m, la cual tiene una diferencia de 5.86 x 10-5 con la resistividad teórica la cual equivale a 5,9

CONCLUSIONES 

¿Cómo varia la resistencia, con la misma área de sección transversal, y la misma longitud, cuando se cambia el material de alambre de constatan, a alambre de latón?

x10-5 Ω

. Mientras que el constatan

tiene una resistividad experimental de 7.18 x 10-7 Ωm2/m, y tiene una diferencia con respecto a la resistividad teórica, 4,9x10-7 Ω

, de 2.28 x 10-7 Ωm2/m.

Estas diferencias se pueden deber a datos inconsistentes en el proceso para hallar la resistividad de cada material.

10

BIBLIOGRAFÍA

[1] WIKIPEDIA. Ley de Ohm. Consultado el 22 de abril 2016. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm [2]Circuitos eléctricos, Ley de Ohm. Consultado el 22 de abril 2016. Disponible en: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3

esofisicaquimica/3quincena11/3q11_contenidos_5 d.htm [3] FISICALAB. ¿Qué es la intensidad de corriente? Consultado el 22 de abril 2016. Disponible en: https://www.fisicalab.com/apartado/intensidadde-corriente-electrica#contenidos [4] DEFINICION. Definición de voltaje. Consultado el 22 de abril 2016. Disponible en: http://definicion.mx/voltaje/ [5] AF. Qué es la resistencia eléctrica. Consultado el 22 de abril 2016. Disponible en: http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_resis tencia/ke_resistencia_4.htm [6] Resistividad eléctrica. Consultado el 22 de abril 2016. Disponible en: http://tecnologias.ieshernanperezdelpulgar.eu/ind ex.php? option=com_content&view=article&id=287:resist ividad-electrica&catid=46:tema-4&Itemid=112