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• Sergio Andres Rolon Amaya

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Laboratorio Nº 1: Instrumentación eléctrica y ley de Ohm RESUMEN: En el siguiente laboratorio se da a conocer los tipos de instrumentos y materiales con los que se va a trabajar, esto con el fin de reconocer la ley de Ohm como la relación lineal entre el voltaje y la corriente eléctrica I.

INTRODUCCIÓN

Para desarrollar exitosamente un laboratorio de Física (electromagnetismo), es necesario conocer y operar correctamente los instrumentos de mediciones eléctricas. Estos instrumentos permiten medir la intensidad de corriente eléctrica por un conductor (amperímetro), la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito (voltímetro) o la resistencia eléctrica de un dispositivo resistor (óhmetro). Afortunadamente, el Multímetro Digital reúne estos instrumentos de medición. En esta práctica se reconoce y aprende a utilizar el Multímetro Digital y se tiene contacto con algunos componentes básicos de los circuitos eléctricos como fuentes de voltaje y resistores. II.

la diferencia de “energía potencial” existente entre dos puntos, necesaria para generar la corriente eléctrica. Técnicamente, se conoce como la fuerza con la que los átomos ionizados de un punto (con menos electrones de lo ideal) atraen a los electrones de otro punto existente.

MARCO TEORICO

Ley de Ohm La intensidad de corriente que circula por un conductor (medida en Amperios) es directamente proporcional a la diferencia de potencial existente entre sus dos bornes (medida en voltios) e inversamente proporcional a la resistencia que presenta ese conductor al paso de dicha corriente (medida en ohmios)”. Intensidad de corriente. Medida en amperios. Se llama “intensidad de corriente” a la cantidad de electrones (que es lo que realmente genera la corriente eléctrica) que pasan por un tramo en una unidad de tiempo determinada. Podemos comprenderlo mejor si pensamos en corrientes de agua. La intensidad de corriente sería la cantidad de agua que circula por una tubería en un tiempo determinado.

Resistencia. Todos los elementos presentan una resistencia al paso de corrientes eléctricas por su interior. Dependiendo del material, la fuerza con la que los átomos atraen a los electrones que orbitan a su alrededor es mayor o menor. Es una ley realmente sencilla y conocida, y su trascendencia es incalculable. Cualquier dispositivo electrónico ha sido diseñado con esta ley en mente (considerando que todos los elementos presentan, en mayor o menor medida, oposición al movimiento de los electrones por su interior). Establece que la corriente eléctrica (I) que fluye a través de un conductor es proporcional a la diferencia de potencial o voltaje (V), esta constante de proporcionalidad es la resistencia eléctrica (R). Esta relación se expresa como:

V=I·R

Donde las unidades de voltaje son voltios (V), de corriente eléctrica son los amperios (A) y la resistencia eléctrica en Ohms (Ω). Resistores y código de colores El valor nominal teórico de una resistencia está dado por el código de colores. En tal caso se puede utilizar la tolerancia como la incertidumbre de la resistencia.

III. Voltaje. Dependiendo de la situación, también llamada diferencia de potencial o fuerza electromotriz. Es

MONTAJE EXPERIMENTAL

Materiales:

    

Resistores de diferente denominación Fuente de voltaje Protoboard Multímetro Cables de conexión

Montaje: 1. Coloque los resistores en el protoboard de manera que sus alambres de conexión estén libres y fácilmente accesibles. Para medir resistencia, simplemente se debe conectar el multímetro en función ohmímetro (Ω) en paralelo con el resistor.

IV.

RESULTADOS

Mediante el experimento de laboratorio se pudo observar el comportamiento de la corriente en función del voltaje el cual es directamente proporcional a este mismo y aumentan en función uno del otro En el anexo 1. Y anexo 2 A este documento se anexan las tablas de los cálculos realizados mediante el software Microsoft Excel, para las respectivas resistencias analizadas.

V.

ANALISIS DE RESULTADOS

1. ¿Qué tipo de función observa en las gráficas realizadas a partir de las tablas 3 y 4? 2. Coloque las puntas del multímetro en los extremos del resistor. 3. Monte uno de los resistores en el protoboard y conecte los extremos del resistor a la fuente de voltaje. 4. Encienda la fuente de voltaje y fije un valor de voltaje entre 2 y 20V. Este voltaje debe medirse con su respectiva incertidumbre utilizando el multímetro en función voltímetro (V) y conectando sus extremos a los extremos del resistor.

5. Para cada uno de los valores de voltaje anteriores, mida la corriente eléctrica con su respectiva incertidumbre, utilizando el multímetro en función amperímetro (A). 6. Para otro resistor, repita el procedimiento.

7. Realice las gráficas de voltaje en función de la corriente.

R// se observa una función lineal en la cual el comportamiento de la corriente es directamente proporcional al del voltaje. Se puede calcular una ecuación para la recta que exprese este comportamiento. 2. Si la función es lineal, compare con la ley de Ohm V=I·R y realice el ajuste de mínimos cuadrados y calcule la pendiente y el punto de corte con sus respectivas incertidumbres. En caso de apoyo para el cálculo revise el apartado “Actividades Complementarias”. R// El cálculo del ajuste mediante mínimos cuadrados se realizó en las tablas de Excel al igual que la comparación con la ley de Ohm. 3. En el ajuste lineal ¿cuál es el significado físico de la pendiente y del punto de corte? R// Las pendientes de estas líneas rectas representan el valor del resistor. Con ayuda de estos gráficos se puede obtener un valor de corriente para un resistor y un voltaje dados. Igualmente, para un voltaje y un resistor dados se puede obtener la corriente. 4. Registre los valores de resistencia eléctrica obtenidos por el método de ajuste lineal con su respectiva incertidumbre y regístrelos en la tabla

R// los valores fueron registrados en las tablas anexas a este documento. 5. Calcule el error porcentual para cada uno de los valores de resistencia eléctrica obtenidos en la tabla 5. 6. ¿Qué valor obtenido para la resistencia es más exacto y por qué? R// El valor experimental, realizado con el multímetro es mucho más exacto que el teórico realizado según la tabla de colores de las resistencias. 7. ¿Qué valor obtenido para la resistencia es más preciso y por qué? 8. De acuerdo con la práctica ¿las resistencias utilizadas tienen un valor constante? VI. 





CONCLUSIONES Al determinar el valor experimental realizado con el multímetro y el valor teórico realizado según el código de colores de las resistencias, se evidencia mayor exactitud tomando valores experimentales. Al determinar el valor de la corriente teórica y la corriente experimental se calcula un error porcentual de la corriente inferior a un 4% en la resistencia 1 y resistencia 2. Al calcular y reconocer la ley de Ohm como la relación lineal entre el voltaje y la corriente eléctrica, identificamos diferencia en menos de .10 unidades en el voltaje calculado.

REFERENCIAS   

[1] Laboratorio Nº: Instrumentación eléctrica y ley de Ohm [2] Stewart J., Cálculo de una variable, cuarta edición, Thomson, 2001. [3]https://hipertextual.com/2015/06/ley-deohm,20:37, 12/08/2017

ANEXO 2. RESISTENCIA #2

Fotografía 1 Resistencia analizada Autor: Sergio Rolon

SECUENCIA DE COLOR

BANDA1

Naranja - Naranja - Café - Oro

3

BANDA2

BANDA3

TOLERANCIA

3 x10^1

RESISTENCIA TEORICA

5% 33x10^1

Tabla 1 Resistencia teórica.

VOLTAJE TEORICO

VOLTAJE EXPERIMENTAL

2 4 6 8 10 12

2,05 4,08 6,02 8,06 10,06 12,03

RESISTENCIA 2 (Naranja - Naranja - Café - Oro) RESISTENCIA RESISTENCIA CORRIENTE TEORICA EXPERIMENTAL TEORICA 33x10^1 33x10^1 33x10^1 33x10^1 33x10^1 33x10^1

33,2x10^1 33,2x10^1 33,2x10^1 33,2x10^1 33,2x10^1 33,2x10^1

0,00606 0,01212 0,01818 0,02424 0,03030 0,03636

CORRIENTE EXPERIMENTAL

ERROR PORCENTUAL DE CORRIENTE

0,00618 0,01211 0,01799 0,0251 0,0311 0,037

2,0% 0,1% 1,1% 3,5% 2,6% 1,8%

Tabla 2 Cálculos de corriente.

Y (CORRIENTE)

X (VOLTAJE)

X^2

Y*X

0,00618 0,01211 0,01799 0,0251 0,0311 0,037 0,12948

2,05 4,08 6,02 8,06 10,06 12,03 42,3

4,2025 16,6464 36,2404 64,9636 101,2036 144,7209 367,9774

0,012669 0,0494088 0,1082998 0,202306 0,312866 0,44511 1,1306596

Tabla 3 Ajuste de mínimos cuadrados

ecuacion de la recta R Error porcentual =

I = V/R I = (1/R) * V

Tabla 4 Calculo de error porcentual

320,267223 -4%

y=mx+b m b

0,003122393 -0,0004328677 Grafica 1 Resistencia 2

RESISTENCIA EXPERIMENTAL 33,2x10^1

ANEXO 1. RESISTENCIA #1 Tabla 5 Calculo de la ecuación de la recta

Grafica 2 Resistencia analizada autor: Sergio Rolon

SECUENCIA DE COLOR

BANDA1

Gris - Rojo - Café - Oro

BANDA2 8

BANDA3

TOLERANCIA

2 x10^1

RESISTENCIA TEORICA

5% 82x10^1

RESISTENCIA EXPERIMENTAL 82x10^1

Tabla 6 Resistencia teórica RESISTENCIA 1 (Gris - Rojo - Café - Oro) RESISTENCIA EXPERIMENTAL

VOLTAJE TEORICO

VOLTAJE EXPERIMENTAL

RESISTENCIA TEORICA

2 4 6 8 10 12

2,04 4,02 6,04 8,05 10,06 12

88x10^1 88x10^1 88x10^1 88x10^1 88x10^1 88x10^1

SUMATORIA

88x10^1 88x10^1 88x10^1 88x10^1 88x10^1 88x10^1

Y (CORRIENTE)

X (VOLTAJE)

X^2

Y*X

0,00252 0,00496 0,00752 0,00992 0,01235 0,01465 0,05192

2,04 4,02 6,04 8,05 10,06 12 42,21

4,1616 16,1604 36,4816 64,8025 101,2036 144 366,8097

0,0051408 0,0199392 0,0454208 0,079856 0,124241 0,1758 0,4503978

CORRIENTE TEORICA

CORRIENTE EXPERIMENTAL

ERROR PORCENTUAL DE CORRIENTE

0,00244 0,00488 0,00732 0,00976 0,01220 0,01463

0,00252 0,00496 0,00752 0,00992 0,01235 0,01465

3,3% 1,7% 2,8% 1,7% 1,3% 0,1%

Tabla 7 Ajuste de mínimos cuadrados Tabla 8 Cálculos de corriente.

I = V/R ecuacion de la recta R Error porcentual =

I = (1/R) * V 820,5527093 -7%

Tabla 10 Calculo de error porcentual

y=mx+b m b

0,001218691 7,98439E-05

Tabla 11 Calculo de Ecuación de la recta. Tabla 9 Resistencia 1