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• Eduardo Munoz

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Practica No.5 Resistencia óhmica, resistividad y ley de ohm. OBJETIVOS I. Determinar experimentalmente la constante de la permitividad del aire. II. Determinar experimentalmente las constantes dieléctricas de algunos materiales. III. Obtener experimentalmente la rigidez dieléctrica del aire, de algunos materiales sólidos y líquidos. Introducción (Investigación Previa). Ley de Ohm La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, que involucra las unidades siguientes: ● ● ●

Tensión o voltaje "E", en volt (V). Intensidad de la corriente “I ", en ampere (A). Resistencia "R" en ohm (Ω) de la carga o consumidor conectado al circuito.

“El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada”.

I=

E R

Resistencia óhmica Se denomina resistencia óhmica a aquellas resistencias que, a cualquier temperatura dentro de su rango de operación, mantienen una resistencia constante.

Puente de Wheatstone Es un circuito eléctrico que se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida. Variación de la resistividad con la temperatura El coeficiente de resistividad es un valor que suele variar con la temperatura, por eso normalmente se define para una temperatura ambiente. Si la temperatura es diferente de la temperatura para la cual está definido el coeficiente de resistividad, el mismo debe ajustarse en base a otro coeficiente denominado coeficiente de variación de la resistividad en función de la temperatura. Es un valor característico para cada material. Caída de potencial Es la diferencia de potencial que existe entre los extremos de cualquier conductor, semiconductor o aislante. Este valor se mide en voltios y representa el gasto de fuerza que implica el paso de la corriente por el mismo.

Cuestionario inicial. 1.

Enuncie la Ley de Ohm en su forma escalar, describiendo sus variables y unidades correspondientes.

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en siemens y R es la resistencia en ohmios (Ω).Específicamente, la ley de Ohm dice que R en esta relación es constante, independientemente de la corriente. 2. Los valores de resistencia óhmica se pueden obtener a través de un código de colores. Investigue y muestre en una tabla el mismo.

3. Atendiendo al punto 2 indique el valor de las siguientes resistencias: Resistencias

Primera

Bandas Segunda

Tercera

Cuarta

Resultado

1

Café

Negro

Rojo

Oro

1

2

Rojo

Violeta

Rojo

Oro

10

3

Café

Negro

Naranja

Plata

100

4

Amarillo

Violeta

Naranja

Plata

1000

5

Rojo

Rojo

Verde

Rojo

10000

6

Café

Negro

Negro

Oro

100000

4. ¿Qué características nominales proporciona el fabricante de una resistencia óhmica? Estas son las especificaciones técnicas más importantes que podemos encontrar en las hojas de características que nos suministra el fabricante: Resistencia nominal (Rn): es el valor óhmico que se espera que tenga el componente. Tolerancia: es el margen de valores que rodean a la resistencia nominal y en el que se encuentra el valor real de la resistencia. Se expresa en tanto por ciento sobre el valor nominal. Los valores de resistencia nominal y tolerancia están normalizados a través de la norma UNE 20 531 79 de tal forma que disponemos de una gama de valores y sus correspondientes tolerancias (series de valores normalizados y tolerancias para resistencias) a las que tenemos que acogernos a la hora de elegir la resistencia necesitada. Potencia nominal (Pn): es la potencia (en vatios) que la resistencia puede disipar sin deteriorarse a la temperatura nominal de funcionamiento. Tensión nominal (Vn): es la tensión continua que se corresponde con la resistencia y potencia nominal. Intensidad nominal (In): es la intensidad continua que se corresponde con la resistencia y potencia nominal. Tensión máxima de funcionamiento (Vmax): es la máxima tensión continua o alterna eficaz que el dispositivo no puede sobrepasar de forma continua a la temperatura nominal de funcionamiento. Temperatura nominal (Tn): es la temperatura ambiente a la que se define la potencia nominal. Temperatura máxima de funcionamiento (Tmax): es la máxima temperatura ambiente en la que el dispositivo puede trabajar sin deteriorarse. La disipación de una resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente en la que está trabajando.

5. Considerando los valores nominales de resistencia óhmica, a partir de la expresión de potencia eléctrica, deduzca la fórmula que cuantifique el voltaje máximo que se puede aplicar a la misma.

6. Defina los conceptos: conductividad eléctrica y resistividad eléctrica. Conductividad Eléctrica: La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad de un material o sustancia para dejar pasar la corriente eléctrica a través de él.1 La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material. Los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles, y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material, y de la temperatura. Resistividad Eléctrica. La resistividad es la resistencia eléctrica específica de un determinado material. Se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohm•metro (Ω•m)1

7. ¿De qué parámetros geométricos y físicos depende la resistencia óhmica de un alambre conductor? Indique la ecuación de resistencia óhmica en función de estos parámetros. El área de sección, la longitud del hilo conductor y la resistividad propia del material o también depende del voltaje entre la intensidad de corriente R=Vi o R=(L/s)P. 8. Defina el concepto densidad de corriente eléctrica y escriba su expresión correspondiente. La densidad de corriente eléctrica se define como una magnitud vectorial que tiene unidades de corriente eléctrica por unidad de superficie, es decir, intensidad por unidad de área. Matemáticamente, la corriente y la densidad de corriente se relacionan como :

- I es la corriente eléctrica en amperios A - j es la densidad de corriente en A·m-2 - S es la superficie de estudio en m²

9. Enuncie la Ley de Ohm en su forma vectorial, describiendo sus variables y unidades correspondientes. Ley de Ohm es una teoría básica para explicar cómo se comporta la electricidad. Para esto debemos tener en cuenta tres conceptos que conforman en la electricidad. Intensidad o corriente. Voltaje. Resistencia. La definición de estos conceptos es: Intensidad: Es la circulación de electrones que va de un punto a otro. Su unidad de medición son los amperios. Voltaje: Es la fuerza que deja a los electrones que puedan tener movimiento a través del material conductor. Su unidad de medición son los voltios. Resistencia: Es la obstrucción que se le presenta a los electrones dentro de un conducto. Su unidad de medición son los ohmios. La fórmula dice que la intensidad que circula por un conductor de electricidad es directamente suministrada a la variación de voltaje y paralela e inversamente a la resistencia. Su importancia es debido a que en un circuito se puede saber desde antes la forma en que va funcionar antes de conectar. Teniendo en cuenta la información de dos de los tres elementos que se manejan. Las fórmulas para saber con anticipación cómo funcionará tu circuito son las siguientes:

10. Escriba la expresión matemática de variación de la resistencia con respecto a la temperatura y defina cada término. Es por variación de la resistencia de un material con la temperatura, que un circuito o sistema que contenga estos elementos, debe funcionar en ambientes donde la temperatura sea normal y constante. Si no fuera así y la temperatura en el lugar donde está el elemento, varía a una temperatura que se conoce, se puede obtener el nuevo valor de resistencia. Este nuevo valor de resistencia a una nueva temperatura, conociendo el valor de resistencia a una temperatura dada se obtiene utilizando la siguiente fórmula: Rtf = Rto x [1+ α (tf – to)], donde: Rtf = resistencia final a la temperatura tf, en ohmios Rto = resistencia inicial a la temperatura to, en ohmios

α = coeficiente de temperatura (ver la tabla siguiente) tf = temperatura final en °C to = temperatura inicial en °C MATERIAL Y EQUIPO

Una interfaz con computadora Dos Multímetros. Un puente de Wheatstone. Una fuente de poder (power amplifier II CI-6552A). Tres resistencias (15, 100, 2.7 K, 47 K, todas a 1/2 W). Cables de conexión. Un hilo conductor de alambre con su base. Un tablero con conductores de alambre magneto de diferentes calibres. Tres minas de carbón de diferente dureza (HB, 2H y 4H) y longitud igual. Un sensor de temperatura CI-6605. Una parrilla. Un soporte universal y sus accesorios. Un vaso Pírex. Un vernier. Desarrollo. MEDICIÓN DE RESISTENCIA ÓHMICA POR DIFERENTES MÉTODOS:

Código de colores. 1.- Usando el código de colores de la siguiente figura, identifique los valores de tres resistencias y concentre los resultados en la tabla siguiente.

Equipo puente de Wheatstone. 2.- El profesor describirá el uso y manejo del equipo Puente de Wheatstone

3.- Realice con el puente de Wheatstone la medición de las tres resistencias indicadas en la tabla siguiente y concentre sus resultados en la misma. Óhmetro. 4.- Utilice el multímetro en su función de óhmetro, para medir las mismas resistencias anteriores y concentre sus valores en la siguiente tabla.

RESISTENCIA

CODIGO DE COLORES [Ω]

PUENTE DE WHEATSTONE [Ω]

OHMETRO [Ω]

R1= R2= R3 a) ¿Qué condiciones se deben cumplir para medir el valor de la resistencia desconocida por medio del puente de Wheatstone? Que al momento de medir se realice la medición yendo del valor más pequeño al mayor. Potencial inducido. b) Considerando los valores de resistencia dados por el código de colores, calcular el voltaje máximo que se puede aplicar a cada una de ellas y concentre sus resultados en la siguiente tabla. R R1= R2= R3=

Vmáx [V]

5.- Arme el circuito de la figura siguiente, considerando las resistencias empleadas en el inciso a) una a la vez.

c) Alimente el circuito de la figura 5.5 con un voltaje menor o igual al calculado en la tabla anterior para cada resistencia y realice mediciones de voltaje e intensidad de corriente y concentre sus resultados en la siguiente tabla. RESISTENCIA

VOLTAJE [V]

CORRIENTE [A]

RESISTENCIA [Ω]

R1= R2= R3= d). - Aplicando la Ley de Ohm, encuentre el valor para cada una de las resistencias de la tabla anterior y concentre sus resultados en la misma.

Potencia eléctrica en una resistencia. 6.- Arme el circuito mostrado en la siguiente.

7.- Crear un experimento en DataStudio, elegimos el sensor de voltaje, sensor de amplificador de potencia y sensor de corriente. Seleccionar 10 segundos y posteriormente

en la ventana del “Generador de señal” activar “Medir voltaje de salida” y seleccionar Voltaje CC, en la selección de voltaje debe comenzar en cero volts. Comenzar el experimento, los resultados se observan en la gráfica. Conclusiones. En esta práctica se puede entender la importancia que cumplen las resistencias al igual de cómo aplicar en cierta forma la ley de ohm y a su vez el uso del código de colores de las resistencias, ya que este es una herramienta del ingeniero. (Muñoz Alvarez Eduardo Gabriel)

Bibliografía. https://unicrom.com/variacion-resistencia-material-con-temperatura/ https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm https://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_de_corriente http://www.ehowenespanol.com/resistencia-ohmica-info_216346/