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Física eléctrica Ley de Ohm. Julieth Katherine Blanco, Juan Carlos Vanegas, Wilson Antonio Celis

Universidad ECCI [email protected] [email protected] [email protected]

I.

INTRODUCCIÓN

En el presente documento se busca hacer un análisis experimental por medio de un ejercicio plasmado en un simulador que tiene relación con la ley de Ohm, en donde se pueden encontrar conceptos tan importantes como la intensidad de la energía, los voltios y las resistencias.

II.

DISPOSITIVO EXPERIMENTAL

Se utilizó el siguiente simulador

Teniendo en cuenta todo lo realizado en el laboratorio, la idea es dejar como evidencia en este archivo, lo que con él se va demostrando y se van calculando en cada uno de los procedimientos, que en el camino se van encontrando. La idea es conocer el funcionamiento real de un circuito, el cual está compuesto por una batería, una fuente de alimentación, un voltímetro, un amperímetro y unas resistencias, en donde también cabe resaltar uno de los conceptos más importantes y por el que realmente gira en Ilustración 1. Simulador torno este laboratorio, es la capacitancia; allí encontraremos una serie de conocimientos como por El cual se compone de: ejemplo, el de una resistencia, como están compuestas, de que materiales están fabricadas, cuáles son sus Fuente de alimentación: Una fuente de alimentación actual funciones en un sistema eléctrico, o también todo lo que transforma la corriente alterna de 230 Voltios a varios voltajes tiene que ver con el voltaje, como trabaja en un circuito, de corriente continua. qué relación tiene con él, como se mide, qué Amperímetro: El amperímetro se utiliza para medir la consecuencias puede traer si se manipula de una forma intensidad de las corrientes eléctricas. correcta. Voltímetro: Instrumento que sirve para medir la diferencia de

Objetivos: potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. 1. Obtener las gráficas Intensidad-Voltaje e Intensidad-Resistencia de elementos resistivos y Resistencias: Se usan como oposición a la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre estudiar sus características. flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. 2. Comprobar experimentalmente la ley de Ohm (en los materiales Óhmicos) con ayuda de simuladores

III.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Paso 1. Elegimos una de las resistencias disponibles en la parte derecha. Usando el código de colores, establecemos el valor de cada resistencia.

Ilustración 3. Simulación resistencia 25 ohmios

Tabla 1. Resultados Resistencia 25 ohmios Voltaje (V)

Ilustración 2. Código de colores en resistencias

Corriente (A)

1V 2V 3V 4V 5V

0.40 0.90 0.12 0.16 0.20

Los valores, en el orden establecidos en el simulador nos dan como resultado: 25 ohmios, 3 ohmios, 2 ohmios, Gráfica en la que muestre la dependencia de la 20 ohmios, 30 ohmios, 40k ohmios y 4k ohmios. corriente a través de la resistencia con la caída de 3. Encendemos la fuente en el botón rojo, ajustamos potencial el voltaje en 1 V, ajustamos la escala del Voltaje vs Corriente amperímetro. 4. Obtenemos los datos solicitados en la tabla 5. Usando los datos de la tabla 1, construimos en Excel (MATLAB, MATHEMATICA u otro) una gráfica en la que muestre la dependencia de la corriente a través de la resistencia con la caída de potencial. Ajuste una línea de tendencia, de la forma I = mV + b, donde m y b son, respectivamente, la pendiente y el intercepto de la línea. Determinamos el coeficiente de correlación r^2

IV.

RESULTADOS

y = 0.0007x + 0.0026 R² = 0.0747

0.012

0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 1V

2V

3V

4V

5V

Ilustración 4. Grafica resistencia 25 ohmios

Repetimos el mismo proceso para la resistencia de 3 ohmios (Negro, Naranja, Negro, plateado)

En esta parte del informe se muestran todos los resultados obtenidos: Resistencia que tome: Rojo, Verde, Negro, Plateado (25 Ohmios)

Ilustración 5. Simulación resistencia 3 ohmios

Tabla 2. Resultados: Resistencia 3 ohmios Voltaje (v) Corriente (A) 1v 1 2v 2 3v 3 4v 4 5v 5

3

Corriente(A)

2 1.5 1 0.5

0

Gráfica en la que muestre la dependencia de la corriente a través de la resistencia con la caída de potencial

1v

2v

3v

4v

5v

Voltios(V) Ilustración 8. Grafica resistencia 2 ohmios

y=x R² = 1

6

y = 0.5x R² = 1

2.5

Repetimos el mismo proceso para la resistencia de 30 ohmios (Naranja, Negro, Negro, Plateado)

Corriente (A)

5 4 3 2 1

Voltios (V)

0

1v 2v 3v 4v Ilustración 6. Grafica resistencia 3 ohmios

5v

Repetimos el mismo proceso para la resistencia de 2 ohmios (Negro, Naranja, Negro, plateado)

Ilustración 9. Simulación resistencia 30 ohmios

Tabla 4. Resultados: Resistencia 30 Ohms

Ilustración 7. Simulación resistencia 2 ohmios

Voltaje (v)

Corriente (A)

1v 2v 3v 4v 5v

1 2 3 4 5

Gráfica en la que muestre la dependencia de la corriente a través de la resistencia con la caída de potencial.

voltaje VS corriente

Tabla 3. Resultados: Resistencia 2 ohmios 6

Voltaje (V) 1v 2v 3v 4v 5v

I (A) 0.5 1 1.5 2 2.5

y=x R² = 1

5 4

3 2 1 0

Gráfica en la que muestre la dependencia de la corriente a través de la resistencia con la caída de potencial.

1v

2v

3v

4v

5v

Ilustración 10. Grafica resistencia 30 ohmios

Repetimos el mismo proceso para la resistencia de

20 ohmios (Naranja, Negro, Negro, Plateado)

Ilustración 13. Simulación resistencia 40k ohmios

Tabla 6. Resultados: Resistencia 40K Ohmios Voltaje (V) Corriente (A) 1V 0,002 2V 0.005 3V 0.008 4V 0.01 5V 0.0012 Gráfica en la que muestre la dependencia de la corriente a través de la resistencia con la caída de potencial.

Ilustración 11. Simulación resistencia 20 ohmios-

Tabla 5. Resultados: Resistencia 20 Ohmios

1v 2v 3v 4v 5v

Corriente (A) 0.5 1 1.5 2 2.5

Corriente (A) vs Voltaje (v)

Gráfica en la que muestre la dependencia de la corriente a través de la resistencia con la caída de potencial.

voltaje VS corrientey = 0.5x

0.01 0.005

0 1V

R² = 1

3

y = -0.0009x + 0.0084 R² = 0.1003

0.015

Corriente

Voltaje (v)

2V

3V

4V

5V

Voltaje

2.5 Ilustración 14. Grafica resistencia 40k ohmios 2

Repetimos el mismo proceso para la resistencia de 4k ohmios (Amarillo, Negro, Rojo, Naranja)

1.5 1

0.5 0 1v

2v

3v

4v

5v

Ilustración 12. Grafica resistencia 20 ohmios

Repetimos el mismo proceso para la resistencia de 40k ohmios (Amarillo, Negro, Naranja, Verde)

Ilustración 15. Simulación resistencia 4k ohmios

Escoja en la parte izquierda de la pantalla; Ley de Ohm: Intensidad vs Voltaje, varíe los valores de resistencia y del voltaje y compare las gráficas obtenidas con la que usted obtuvo para cada resistencia.

Tabla 7. Resultados: Resistencia 4K Ohmios Voltaje (V) 1V 2V 3V 4V 5V

Corriente (A) 0,0002 0.0006 0.001 0.0012 0.0016

Gráfica en la que muestre la dependencia de la corriente a través de la resistencia con la caída de potencial.

Voltaje vs Corriente y = 0.0007x + 0.0026 R² = 0.0747

0.012

0.01 0.008 0.006

Podemos observar que al variar el valor de la resistencia lo que obtenemos son graficas de función lineal y que en general son proporcionales como se puede ver también representado en la ecuación de la gráfica.

0.004 0.002 0

1V

2V

3V

4V

5V

Ilustración 16. Grafica resistencia 4k ohmios

V.

Escoja ahora Ley de Ohm: Intensidad vs Resistencia. Analice las gráficas que se obtienen y explique cómo puede obtener esta gráfica a partir de los datos obtenidos para cada una de las resistencias que uso en los ítems del 1-7.

PRESENTACION DE RESULTADOS

Como podemos observar el coeficiente de correlación 𝑅2 es el valor que indica el grado de variación conjunta de dos variables aleatorias (En este caso, entre el voltaje y la intensidad) respecto a sus medias. Es decir, mide la relación entre estas dos variables. Resultados: Según datos obtenidos cuanto más cerca de 1 se sitúe su valor, reflejara una dependencia total entre ambas dos variables, la que se denomina relación directa: cuando una de las variables aumenta, la otra variable aumenta en proporción constante como paso con todas las resistencias a excepción de 25, 4k y 40k Ohmios; en las cuales existe una correlación negativa. 1. Compare la ecuación de la línea de tendencia con la ley de Ohm, dada por la ecuación V=I*R, y encuentre el significado físico de la pendiente. La ley de Ohm dice que la Resistencia en esta relación es constante, independientemente de la corriente (continua o alterna). Y esto se puede analizar en las gráficas anteriores I vs V, si esta es una recta de la cual su pendiente seria 1/R.

Esta grafica la podemos obtener a partir del voltaje que generamos en el generador y la intensidad que obtuvimos, todo para hallar los valores de las resistencias que se encuentran en el eje x, esto se logra a través de la ecuación: 𝑣 𝑅= 𝐼 Ley de Ohm 7. Durante la practica puede parecer un aviso ¡Fundió el fusible del amperímetro!, explique por qué sucede esto y cómo se puede evitar que esto pase.

Después de hacer un análisis con cada una de las resistencias presentes en el laboratorio, se puede decir que algunas de ellas tienen una capacidad de ohmios menor que otras, en donde éste es uno de los motivos por el que se funden, aunque esto también depende de la variación del voltaje. En otras palabras las resistencias se funden, porque a medida que se va aumentando el voltaje, mayor va a ser la velocidad de circulación de energía cuando esta pasa por la resistencia, generando así un sobrecalentamiento en ella, hasta explotar. También se puede evidenciar, que la resistencia entre más pequeña sea, genera un calentamiento excesivo, debido a que ella cumple la función como una especie de freno, para no dejar pasar demasiada energía, en donde, como se mencionó anteriormente, la velocidad de la energía, depende del voltaje que se esté aplicando (a mayor voltaje, mayor velocidad). Este suceso se puede evitar teniendo en cuenta, de tal manera que si se va a utilizar alto voltaje, como en el ejercicio del laboratorio que el máximo es de 5 voltios, se debe usar una resistencia mucho más grande como la de 4K ohmios, que es una de las 7, que más voltaje resiste, aumentando en ella el voltaje en 5v y los amperios en la escala de X10^-4 en el simulador del ejercicio, esto sucede porque la resistencia, por ser la más grande que las demás no frena demasiado la circulación de la corriente, y así evita sobre calentamiento hasta explotar. VI.

REFERENCIAS

[1] Serway R., Beichner J., Física para Ciencias e Ingeniería, tomo II, quinta edición, Mc. Graw Hill, 2002. [2] Stewart J., Cálculo de una variable, cuarta edición,Thomson,2001