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Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Seccional Sogamoso

INFORME DE LABORATORIO LEY DE OHM

MICHAEL BARRAGÁN GUTIERREZ - 201321696 DEVIS ANDRÉS CARVAJAL CASTRO - 201612331 LUIS MARIO PÉREZ RODRÍGUEZ - 201220920 JOSÉ RAÚL DUARTE AMAYA - 201622297

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA ESCUELA DE INGENIERÍA GEOLÓGICA FÍSICA III: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DOCENTE: MARIA DEL CARMEN FUENTES FUENTES SOGAMOSO, COLOMBIA Páá giná 1

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2018 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN............................................................................................................................3 RESUMEN........................................................................................................................................4 OBJETIVOS......................................................................................................................................5 MARCO TEORICO..........................................................................................................................6 MATERIALES Y/O EQUIPOS........................................................................................................8 PROCEDIMIENTO..........................................................................................................................9 RESULTADOS................................................................................................................................11 PREGUNTAS.................................................................................................................................13 CONCLUSIONES..........................................................................................................................19 ANEXOS.........................................................................................................................................20 BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................................................22

INTRODUCCIÓN Páá giná 2

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Se estudia la relación entre el voltaje y la corriente eléctrica de resistencias que obedecen la ley de Ohm. Para este efecto el estudiante debe adquirir habilidades para manejar adecuadamente tres elementos necesarios para el montaje de los circuitos y para la medición de las variables físicas El primer elemento es la resistencia eléctrica y la lectura de su valor nominal. El segundo elemento, el protoboard como soporte para el ensamblaje de los circuitos eléctricos extendidamente utilizado en el área de electrónica. Finalmente, el multímetro para medir magnitud del voltaje la corriente eléctrica y la resistencia eléctrica.

RESUMEN Páá giná 3

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En esta práctica se quiere determinar el valor de una resistencia desconocido mediante la utilización de ley de Ohm, que establece que existe una relación lineal entre la tensión aplicada entre los extremos de la resistencia y la corriente eléctrica que la atraviesa. La constante que relaciona ambas magnitudes es precisamente el valor de la resistencia eléctrica, de forma que se cumple: V=R·I

OBJETIVOS

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1. Determinar la relación que existe entre la diferencia de potencial V aplicada, y la intensidad de corriente I que circula a través de un conductor II. 2. Familiarizar al estudiante con el uso de los instrumentos de mediciones eléctricas. 3. Estudiar la Ley de Ohm y sus aplicaciones a circuitos resistivos. 4. Expresar correctamente el valor de resistencias eléctricas usando el código de colores. 5. Medir resistencias, diferencias de potencial y corrientes en circuitos eléctricos simples, usando el multímetro. 6. Comprobar la Ley de Ohm en circuitos resistivos simples, con una margen no mayor al 5%.

MARCO TEORICO La resistencia eléctrica se define como la oposición que un material cualquiera ofrece al paso de la corriente eléctrica, y se representa por "R Páá giná 5

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En los materiales, aun en los conductores, las cargas siguen una trayectoria en zigzag, lo cual es el resultado de la colisión u otras interacciones con las porciones estacionarias de los átomos que forman el conductor, durante estas interacciones localizadas las cargas, las cargas en movimiento pierden gran cantidad de energía dirigida, que adquirieron como resultado de la presencia del campo eléctrico en el conductor. Esta energía perdida casi siempre aparece en forma de calor en el conductor La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simón Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier son: 1. Tensión voltaje "E", en volt (V). 2. Intensidad de la corriente" " en ampere (A). Es esencial que tengamos en claro la definición de corriente eléctrica la cual podemos señalar como el paso de electrones que se transmiten a través de un conductor en un tiempo determinado Ahora, para saberlo determinar el paso de corriente a través de un conductor en función a la oposición o resistencia que los materiales imponen sobre los electrones ocupamos esta ley llamada ley de ohm, la cual dice que La corriente eléctrica es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia eléctrica. La ley de Ohm que fue llamada así en honor a su descubridor, el físico alemán George Ohm (1787-1854). La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA). 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: Ley de ohm (V) V =I × R

Donde:

V = potencial o voltaje

R=resistencia electrica I =corriente electrica Páá giná 6

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

RESISTORES Y EL CODIGO DE COLORES. El valor nominal teórico de un resistor está dado por el código de colores. En tal caso se puede utilizar la tolerancia como la incertidumbre de la resistencia.

MATERIALES Y/O EQUIPOS  Resistores de diferente denominación. Páá giná 7

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   

Fuente de voltaje Protoboard Multímetro. Cables de conexión

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PROCEDIMIENTO 1. Coloque los resistores en el protoboard de manera que sus alambres de conexión estén fácilmente accesibles. Para medir resistencia, simplemente se debe conectar el multímetro en función ohmímetro (0) en paralelo con el resistor como se indica en la figura 1. 2. Coloque las puntas del multímetro en los extremos del resistor. Reporte los valores de resistencia en la tabla 2. Páá giná 9

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3. Monte uno de los resistores en el protoboard y conecte los extremos del resistor a la fuente resistencia en la Tabla 2 de voltaje, como se observa en la figura 2. 4. Encienda la fuente de voltaje y fije un valor de voltaje entre 2 y 10V. Este voltaje debe medirse con su respectiva incertidumbre utilizando el multímetro en función voltímetro (V) y conectando sus extremos a los extremos del resistor, como muestra la figura 2. 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), siguiendo el montaje mostrado en la figura 3. 6. Realice las gráficas de voltaje en función de la corriente eléctrica a partir de la tabla 3.

Figura 1. Montaje para medir resistencia eléctrica directamente con el multímetro (izquierda). Esquema en forma de circuito del montaje (derecha).

Figura 2. Montaje para medir voltaje sobre el resistor Esquema en forma de circuito del montaje (derecha utilizando multímetro (izquierda). Páá giná 10

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Figura 3. Montaje para medir corriente sobre el resistor utilizando multímetro (izquierda) Figura 3. Esquema en forma de circuito del montaje (derecha)

RESULTADOS RESISTENCI A

COLORE S

VALOR TEORICO (NOMINA L)

R1

VERDE AZUL

560

VALOR EXPERIMENTA L (MULTIMETRO ) 552

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ERROR PORCENTUA L 1,42%

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CAFÉ DORADO

ERROR PORCENTUAL

ERROR =

VALOR TEORICO−VALOR EXPERIMENTAL VALOR TEORICO

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× 100

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PREGUNTAS

GRAFICA VOLTAJE - CORRIENTE 12

10

f(x) = 549.34x - 0.22 R² = 1

vol ta je (v)

8

6

4

2

0 0.00400

0.00600

0.00800

0.01000

0.01200 corri ente (a )

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0.01400

0.01600

0.01800

0.02000

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VOLTAJE (V±0.1) 3.0 5.0 7.0 8.0 9.0 10.0

CORRIENTE (A±0.01) 6∗10 −3 9.5∗10 13∗10−3 −3 14.68∗10 −3 16.83∗10 −3 18.82∗10 −3

¿QUE TIPO DE FUNCION SE OBSERVA ? La funcion que se observa con la tabla de voltaje y corriente es una función linela, cuya representación en el plano cartesiano es una línea recta. Esta función se puede escribir como: f(x)=mx+b} donde m y b son constantes reales , x es una variable real. La constante m determina la pendiente o inclinación de la recta, y la constante b determina el punto de corte de la recta con el eje vertical.

GRAFICA Y LA LEY DE OHM El flujo de electricidad por un objeto, como un cable, se conoce como corriente (I). Se mide en amperios (A); si la corriente es muy pequeña entonces se describe en mili amperios (mA), 1000 mA = 1A. La fuerza conductora (presión eléctrica) tras el flujo de una corriente se conoce como voltaje y se mide en voltios (V) (también se puede referir al voltaje como la diferencia potencial o fuerza electromotora). La propiedad de un material que limita el flujo de corriente se conoce como resistencia (R), la unidad de resistencia es el ohmio (Ω). La denominación más correcta de la resistencia a una corriente alterna es impedancia pero, en esta aplicación, consideraremos que resistencia e impedancia son equivalentes.

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La relación entre corriente, voltaje y resistencia se expresa por la ley de Ohn. Determina que la corriente que fluye en un circuito es directamente proporcionar al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del circuito, siempre que la temperatura se mantenga constante. Ley de Ohm:

Corriente (I) = Voltaje (V) / Resistencia (R)

Para incrementar el flujo de corriente en un circuito, se debe elevar el voltaje o reducir la resistencia. Y=mx +b Y=V

m=R X=I

b=punto de corte

PENDIENTE = 549,338786029432 ± 0,147071641266437 PUNTO DE CORTE = -0,217396083783351 ± 10,6315597526876

VALORES DE RESISTENCIA ELÉCTRICA OBTENIDOS POR EL MÉTODO DE AJUSTE LINEAL CON SU RESPECTIVA INCERTIDUMBRE Y ERROR PORCENTUAL PARA AL VALOR DE RESISTENCIA ELÉCTRICA RESISTENCIA

VALOR TEORICO(NOMINAL)

R1

560 Ω

VALOR EXPERIMENTAL (AJUSTE LINEAL) 549,33 Ω ± 0,14707

ERROR PORCENTUAL Δ% 1,90

SIGNIFICADO FISICO DE LA PENDIENTE Y PUNTO DE CORTE y= mx + b que define en el plano una única recta que corta a las Y en el valor b y que tiene de pendiente m si V = 0 ---> I =0 (V =Voltaje) (I=Corriente) Páá giná 15

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Es decir la gráfica pasa por el origen de coordenadas por tanto b=0 (corriente y voltaje =0) nos queda una recta del tipo y=mx es decir V=R·I (R=resistencia) La pendiente es la resistencia, si se cambia la resistencia por una mayor la recta sera mas empinada, con pendiente mayor

HAGA UNA COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS PARA MEDIR LA RESISTIVIDAD DEL SUELO DE WENNER Y SCHLUMBERGER, CON LO APRENDIDO EN LA PRÁCTICA DE LEY DE OHM. METODO DE WERNER Con objeto de medir la resistividad del suelo se hace necesario insertar los 4 electrodos en el suelo. Los cuatro electrodos se colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de contacto que se haga con la tierra. El principio básico de este método es la inyección de una corriente directa o de baja frecuencia a través de la tierra entre dos electrodos C1 y C2 mientras que el potencial que aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como la resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de esta resistencia y de la geometría del electrodo.

En la figura se observa esquemáticamente la disposición de los electrodos, en donde la corriente se inyecta a través de los electrodos Páá giná 16

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exteriores y el potencial se mide a través de los electrodos interiores. La resistividad aparente está dada por la siguiente expresión:

Si la distancia enterrada (B) es pequeña comparada con la distancia de separación entre electrodos (A). O sea, A > 20B, la siguiente fórmula simplificada se puede aplicar: La resistividad obtenida como resultado de las ecuaciones representa la resistividad promedio de un hemisferio de terreno de un radio igual a la separación de los electrodos. Como ejemplo, si la distancia entre electrodos A es de 3 metros, B es 0.15 m y la lectura del instrumento es de 0.43 ohms, la resistividad promedio del terreno a una profundidad de 3 metros, es de 8.141 ohm-m según la fórmula completa y de 8.105 ohms-m según la fórmula simplificada. Se recomienda que se tomen lecturas en diferentes lugares y a 90 grados unas de otras para que no sean afectadas por estructuras metálicas subterráneas. Y, que con ellas se obtenga el promedio. METODO DE SCHLUMBERGER El método de Schlumberger es una modificación del método de Wenner, ya que también emplea 4 electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a distancia múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a).La configuración, así como la expresión de la resistividad correspondiente a este método de medición se muestra en la figura.

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Con este método la resistividad está dada por: El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar muchas mediciones como con el método Wenner. Se utiliza también cuando los aparatos de medición son poco inteligentes. Solamente se recomienda hacer mediciones a 90 grados para que no resulten afectadas las lecturas por estructuras subterráneas

DE ACUERDO CON LA PRÁCTICA, ¿LAS RESISTENCIAS UTILIZADAS TIENEN UN VALOR CONSTANTE? Las resistencias utilizadas no tienen un valor constante debido a que cada vez que aumente el voltaje, la resistencia también lo hará hasta cierto punto. Luego empieza a disminuir la resistencia. Esto está dado por la siguiente ecuación: R=V /I ; Donde: R= resistencia. V= voltaje. I= corriente. En la siguiente tabla se hará la demostración de que la resistencia no es contante, donde se muestra que cuanto se llega a 8V, la resistencia empieza a disminuir.

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Voltaje (V) 3 5 7 8 9 10

Corriente (A) −3 6∗10 −3 9.5∗10 13∗10−3 −3 14.68∗10 16.83∗10−3 −3 18.82∗10

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Resistencia (Ω) 500 526.31 538.46 544.95 534.75 531.34

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CONCLUSIONES

 En esta práctica se ha determinado el valor de una resistencia desconocida midiendo los valores de corriente a través de dicha resistencia cuando se fijan distintos valores de tensión entre sus bornes.  Existe una relación de proporcionalidad entre las magnitudes eléctricas como el voltaje, corriente y la resistencia.  Uno de los elementos más comunes en los circuitos eléctricos son las resistencias y para obtener su valor se utiliza el código de colores o el ohmímetro, sin embargo, el valor de resistencia del instrumento de mediciones más preciso y confiable que el valor leído con el código de colores.  La ecuación que relaciona el potencial con la corriente eléctrica es la ley de Ohm en su forma microscópica, es una relación lineal y su pendiente es el inverso de la resistencia equivalente del circuito.

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ANEXOS Imagen 1

Imagen 2

Iagen 3

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Imagen 4

Imagen 5

Imagen 6

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BIBLIOGRAFÍA    

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