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Ley de Ohm y Ley de Kirchhoff. Laboratorio de Física Electromagnética

Resumen Para obtener resultados claros y concisos sobre la ley de ohm y la ley de kirchhoff se realizaron algunas prácticas de laboratorio con el fin de verificar los datos experimentales y la teoría. Para verificar la ley de ohm se construyó un circuito en paralelo y otro en serie donde se varió la longitud, y luego se varió el voltaje; se observaba que ocurría en cada uno de estos casos; para la ley de kirchhoff se realizó un montaje en una protoboard de un circuito en serie y otro en paralelo donde se medía el voltaje y la corriente en cada una de las resistencias; se analizaba el comportamiento de estos en cada uno de los circuitos para ver si se cumplía el principio de la conservación de la carga y la conservación de la energía. Palabras claves: ley de ohm, ley de kirchhoff, circuitos en paralelo y en serie, resistencias.

Introducción Ley de ohm expresa la proporcionalidad existente entre la diferencia de potencial V aplicada entre dos puntos de un conductor y la intensidad de la corriente I por ella producida. La constante de proporcionalidad es la resistencia R:

Esta constante de proporcionalidad sólo depende de la naturaleza y dimensiones del conductor (a igualdad de temperatura).Puede demostrarse también que R es directamente proporcional a la longitud l e inversamente proporcional a la sección transversal A, es decir: ; Donde es la resistividad del material que también esta dado por: . Leyes de kirchhoff Las ecuaciones fundamentales para analizar los circuitos eléctricos se obtienen a partir de las leyes de Kirchhoff: La primera ley se basa en la ley de conservación de la carga eléctrica, y establece que: "la suma de la corrientes en todo nodo eléctrico de la red eléctrica debe ser siempre igual a cero": ∑ (Primera ley de Kirchhoff). La segunda se basa en la conservación de la energía, y establece que: " la suma de voltajes en cualquier entorno conductor cerrado de la red eléctrica, debe ser siempre igual a cero": ∑ (Segunda ley de Kirchhoff).

Debido a la existencia de materiales que dificultan más el paso de la corriente eléctrica que otros, cuando el valor de la resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, si la resistencia aumenta, la corriente disminuye y, viceversa, si la resistencia disminuye la corriente aumenta, siempre y cuando, en ambos casos, el valor del voltaje se mantenga constante. Por otro lado, si un circuito esta en paralelo se cumple el principio de la conservación de la carga y si esta en serie se cumple el principio de la conservación de la energía. Por medio del análisis y la preparación de estas prácticas de laboratorios en las cuales se deben hacer medidas de voltajes e intensidad de corriente el estudiante puede discutir y sacar sus propias conclusiones poniendo en práctica los conceptos teóricos. Metodología Materiales:       

Multimetro digital Amperímetro análogo Protoboard Fuente Resistencias Tabla Alambre

Cada una de las experiencias constó de dos partes. Para la primera parte que fue el análisis de la ley de ohm, se tenía una tabla en la cual había un alambre dividido en cuatro parte donde cada una tenia una longitud de un metro, con una fuente de voltaje y un multimetro, instrumentos de medición; los cuales estaban conectados en paralelos, se procedió a variar la longitud, manteniendo el voltaje constante y medir la corriente en cada unos de estos puntos.

En la segunda parte se mantuvo constante la longitud, esta vez se procedió a medir con un multimetro la corriente cada vez que se variaba el voltaje en el mismo punto.

Para la primera parte de la ley de kirchhoff, en una protoboard se construyó un circuito en serie que constaba de 3 resistencia, Con una fuente de 12v, con el multimetro digital medimos el voltaje y con el amperímetro análogo la corriente en cada una de las resistencias.

Protoboard

En la segunda parte se construyó un circuito en paralelo que constaba con las mismas resistencias y la misma fuente de 12v se procedió a medir con el multimetro digital el voltaje y con el amperímetro análogo la corriente en cada una de las resistencias.

Resultados

Voltaje (V)

I (corriente)

L (longitud)(m)

10,2 0,53 10,2 0,26 10,2 0,18 10,2 0,13 Tabla #1: Corriente en Voltaje constante

1,01 2,02 3,03 4,04

Usando la Ley de Ohm: ∆V = RI 10,2 = 0,53 R → R = R=

= 39,23

R=

= 56,66

R=

= 78,46

= 19,24

Voltaje (V) I (corriente) 1,01 0,06 4 0,21 7 0,38 9,02 0,47 Tabla #2: Voltaje en Longitud constante

∆V = RI 1,01 = 0,06 R → R = R=

= 19,04

R=

= 18,42

R=

= 19,19

= 16,83

L (longitud)(m) 1 1 1 1

Figura # 1: Circuito en serie

Con la fuente de 12v, medimos los valores de voltaje y corriente de los elementos de la figura #1. Para realizar esta experiencia las resistencias R1, R2 y R3 eran de 330, 2,2 y de 4,70 respectivamente. Elemento R1 R2 Voltaje 1,31 8,75 Corriente 3,55 13,61 Tabla # 3: Voltajes y corrientes de Figura #1

R3 1,88 5,21

Figura # 2: Circuito en paralelo

Con la misma fuente anterior armamos el circuito en paralelo y medimos los valores para las resistencias como muestra la figura #2 Elemento R2 Voltaje 6,47 Corriente (mA) 2,65 Tabla # 4: Voltajes y corrientes de Figura #2

R3 6,47 15,30

R4 6,47 12,65

Conclusión Gracias a los avances de los descubrimientos realizados por el físico alemán George Simón Ohm (1787-1854) la intensidad de la corriente(R) y que en esta experiencia pudimos ejecutarla para obtener cuanta corriente pasa por un conductor como en el caso de la tabla 1 utilizando un circuito en paralelo midiendo diferentes longitudes con un voltaje constante, como el de la tabla 2 en un circuito en serie con longitud constante y diferencia de potencial. Todo estos dos circuitos y mediante la ley de Ohm se determina la cantidad de corriente que fluye en el circuito en diferentes puntos. Por otra parte armando los circuitos en serie y en paralelo en un protoboard con una diferencia de potencial de 12v y por medio de la ley de Gustav Rudolf Kirchhoff sabemos que la cantidad de corriente que entra es la misma cantidad que sale (primera ley de Kirchhoff), como observamos en la tabla 3 que por motivos de precisión del amperímetro analógico no se obtuvieron los resultados deseados, y en la tabla 4 en el circuito en paralelo, encontramos que el voltaje es constante, lo que nos dice según Kirchhoff en la segunda ley: el voltaje debe ser el mismo en diferentes puntos del circuito el cual lo podemos verificar en esta tabla. Bibliografía   

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm (diciembre del 2011). http://electronicacompleta.com/lecciones/leyes-de-kirchhoff/ http://books.google.com.co/books?id=el5e7395e50C&pg=PA62&dq=ley+de+kirchhoff&hl