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ESCUELA ESPECIALIZADA EN INGENIERIA ITCA-FEPADE GRUPO: RED03 MATERIA: Medición de Magnitudes Físicas TEMA: Escalas Instrumentales DOCENTE: Cecilia ALUMNO: Evelyn Beatriz Andrade Moran Herber Alfredo Hernández Herrera José Emanuel Ticas Soriano Misael Aguilar Monrroy

MODULO 2, AÑO 2012

FECHA DE ENTREGA: Jueves 4 de octubre de 2012

INDICE

INTRODUCCION E n todo circuito electrónico las variables voltaje(V), corriente eléctrica (I) y resistencia eléctrica (R) se relacionan matemáticamente por medio de la expresión:

Donde: I = corriente eléctrica, A (amperios) V = diferencia de potencial V (voltios) R = resistencia del conductor O (ohmios)

El estudio de la ley de Ohm y los circuitos de corriente continua es un excelente método para aprender a manejar conexiones e instrumentos de medida como el voltímetro, amperímetro y fuente de alimentación y darse cuenta de que es fácil confundir una conexión, con lo que la experiencia no funciona. Esto pone de manifiesto la necesidad de tener un esquema del montaje antes de iniciar cualquier manipulación. Por medio del análisis y preparación de esta práctica los estudiantes deben hacer muchas medidas de voltaje, intensidad y resistencia, por lo que van a adquirir cierta soltura en el manejo del polímetro. Asimismo les va a permitir darse cuenta de la necesidad de tabular todas las medidas realizadas para después hacer su representación gráfica y la ecuación correspondiente.

OBJETIVOS

Objetivo general: El objetivo que se pretende conseguir con la realización de esta práctica es poner en evidencia la relación que hay entre la tensión aplicada a un conductor y la intensidad de la corriente que circula por él. Tomando los correspondientes datos y mediante la utilización de un gráfica determinaremos la resistencia (mirar apartado de conceptos básicos) y luego comprobaremos si los datos teóricos se corresponden con la realidad. La experiencia se realizará con distintas resistencias.

Objetivos específicos: 

Demostrar que la resistencia del filamento de una lámpara cambia medida que se calienta



Verificar el comportamiento de un material óhmico



Representar un grafico V-I, el comportamiento de un conductor óhmico y de un conductor no óhmico



Determinar la pendiente (m) del grafico correspondiente al conductor óhmico e interpretar su significado físico

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA MATERIALES: 

Voltímetro.



Amperímetro.



Cables.



Varias resistencias.



Fuente de alimentación. (0-10 VDC)

Ley de Ohm Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el triángulo que tiene mucha similitud con las fórmulas analizadas anteriormente. Se dan 3 Casos: 

Con un valor de resistencia fijo: La corriente sigue al voltaje. Un incremento del voltaje, significa un incremento en la corriente y un incremento en la corriente significa un incremento en el voltaje.



Con el voltaje fijo: Un incremento en la corriente, causa una disminución en la resistencia y un incremento en la resistencia causa una disminución en la corriente



Con la corriente fija: El voltaje sigue a la resistencia. Un incremento en la resistencia, causa un incremento en el voltaje y un incremento en el voltaje causa un incremento en la resistencia

Explicando la ley de Ohm La Ley de Ohm se puede entender con facilidad si se analiza un circuito donde están en serie, una fuente de voltaje (una batería de 12 voltios) y un resistor de 6 ohms (ohmios). Ver el gráfico a la derecha. Se puede establecer una relación entre el voltaje de la batería, el valor del resistor y la corriente que entrega la batería y que circula a través del resistor. Esta relación es: I = V / R y se conoce como la Ley de Ohm. Entonces la corriente que circula por el circuito (por el resistor) es: I = 12 Voltios / 6 ohms = 2 Amperios. De la misma fórmula se puede despejar el voltaje en función de la corriente y la resistencia, entonces la Ley de Ohm queda: V = I x R. Entonces, si se conoce la corriente y el valor del resistor se puede obtener el voltaje entre los terminales del resistor, así: V = 2 Amperios x 6 ohms = 12 Voltios Al igual que en el caso anterior, si se despeja la resistencia en función del voltaje y la corriente, se obtiene la Ley de Ohm de la forma: R = V / I. Entonces si se conoce el voltaje en el resistor y la corriente que pasa por el se obtiene: R = 12 Voltios / 2 Amperios = 6 ohms

Representación gráfica de la resistencia Para tres valores de resistencia diferentes, un valor en el eje vertical (corriente) corresponde un valor en el eje horizontal (voltaje). Las pendientes de estas líneas rectas representan el valor del resistor. Manejo del multimetro 1- Display de cristal líquido. 2- Escala o rango para medir resistencia. 3- Llave selectora de medición. 4- Escala o rango para medir tensión en continua (puede indicarse DC en vez de una linea continua y otra punteada). 5- Escala o rango para medir tensión en alterna (puede indicarse AC en vez de la linea ondeada). 6- Borne o “jack” de conexión para la punta roja ,cuando se quiere medir tensión, resistencia y frecuencia (si tuviera), tanto en corriente alterna como en continua. 7- Borne de conexión o “jack” negativo para la punta negra. 8- Borne de conexión o “jack” para poner la punta roja si se va a medir mA (miliamperes), tanto en alterna como en continua. 9- Borne de conexión o “jack” para la punta roja cuando se elija el rango de 20A máximo, tanto en alterna como en continua. 10-Escala o rango para medir corriente en alterna (puede venir indicado AC en lugar de la linea ondeada). 11-Escala o rango para medir corriente en continua (puede venir DC en lugar de una linea continua y otra punteada). 12-Zócalo de conexión para medir capacitores o condensadores. 13-Botón de encendido y apagado. Aclaración: la corrriente alterna o AC por Alternal Corrent, es aquella que se produce mediante generadores electromagnéticos, de tal forma que en el caso de nuestro país, fluye cambiando el polo positivo (polo vivo) a negativo

(polo neutro), 50 veces por segundo. Por esto la corriente domiciliaria se dice que tiene un voltaje de 220 V a una frecuencia de 50 HZ (Hertz), (tener en cuenta que un Hertz es un cambio de polo vivo a polo neutro en un segundo). La razón para que la tensión en el uso domiciliario sea alterna, es que resulta menos costosa que la continua, ya que se la puede suministrar más directamente desde la usina, sin rectificarla a corriente continua. Las baterías y pilas proveen una corriente continua o DC por Direct Current, es decir que en todo instante la corriente fluye de positivo a negativo. Para el caso del automoviles es más simple proveerse de un alternador o generador que rectifica la corriente alterna en continua mediante los diodos rectificadores que posee en su interior. Realización de la práctica: Con el mando de la fuente de alimentación al mínimo voltaje posible (0-10 VDC ), se toman distintas medidas de potencial y de intensidad de corriente. Es importante tener en cuenta que hay que cerrar el interruptor de corriente rápidamente después de cada lectura para no dañar los multímetros. Parte I Armar el siguiente circuito con un foco de 10VDC, mida y anote la corriente del circuito para cada voltaje. Amperímetro

A

Fuente DC

Foco

voltímetro

Voltios (V) 0 2 4 6 8 10  

Corriente (I)

Resistencial (Ω)

Mida la (I) del foco use la escala del tester para 10ª Mida la (I) de la resistencia use la escala del tester 200mA

Parte II Arme el circuito esta vez reemplazando el foco de 10vdc por un elemento resistivo y repita los pasos. Amperímetro

A

Fuente DC

Voltios (V) 0 2 4 6 8 10

Resistencia

Corriente (I)

voltímetro

Resistencial (Ω)

APORTES DE ESPECIALIDAD

Editado por: Evelyn Beatriz Andrade Moran

La práctica ha sido amena y entretenida como siempre. Los resultados teóricos han sido satisfactorios y los objetivos previstos se han cumplido. Aprendimos mucho sobre este tema; como medir voltaje corriente y calcular resistencia tanto con un multímetro como con el código de colores. Fue una práctica muy dinámica podemos decir que la ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos, existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante de proporcionalidad es la conductancia eléctrica, que es inversa a la resistencia eléctrica. La ecuación matemática que describe este fenómeno es la siguiente: I = G.V = V/R La relación entre la caída de voltaje y la intensidad de la corriente en una resistencia; y la relación entre la resistencia eléctrica de un conductor y su estructura. Para ello armamos un circuito con una fuente de corriente alterna y medimos la caída de tensión y la intensidad de la corriente. Luego medimos las resistencias de conductores de distinta longitud y sección para encontrar una relación entre estos parámetros. En la vida y la especialidad nos ayudara cuando tengamos unos problemitas en algún momento con los equipos de algunas empresa donde laboremos podremos saber cómo manipular estos elementos y darles un buen trato y talves solucionar estos problemas con lo aprendido en la práctica.

APORTES DE ESPECIALIDAD

Editado por: Heber Alfredo Hernández Herrera

Las clases que tuvimos en laboratorio nos ayudaron a entender mejor y llevar a la práctica la teoría recibida. Se entendió mejor los enunciados de la ley de ohm y sus aplicaciones; también se realizaron mediciones y así se pudo comprender que si utilizamos cualquier objeto para medir, los resultados serán diferentes, dependiendo del objeto empleado para comparar y que para tratar de evitar un poco esto se utilizan los patrones de medida, que son acuerdos internacionales para medir y obtener el mismo resultado. En la vida diaria constantemente hacemos mediciones, por ejemplo: el tiempo que tomamos trasladándonos de un lugar a otro, la cantidad de cosas que compramos etc. Las mediciones son importantes, tanto en la vida cotidiana como en la experimentación en donde nos permiten reunir información para después organizarla y obtener conclusiones. También la ley de ohm nos será útil cuando nosotros estemos en un trabajo porque para realizar las conexiones necesitamos saber cuanta carga eléctrica pasa por un conductor para que no hayan choques, también tenemos que saber como la carga eléctrica puede perjudicar los equipos si no asemos un uso adecuado de los conocimientos que hemos adquirido como por ejemplo debemos saber que donde ay conexiones tenemos que poner un polo a tierra para que la carga de los rayos eléctricos se vaya por debajo del suelo y así que nuestros equipos no se puedan dañar. Para esto y muchas otras cosas mas necesitamos poner en practica los conocimientos adquiridos por medio de la física.

APORTES DE ESPECIALIDAD

Editado por: Jose Emmanuel Ticas Soriano

CONCLUSIÓN: A pesar de que los resultados obtenidos no concuerdan completamente con los reales ( los valores reales de las resistencias no concuerdan exactamente con los valores teóricos ) la ley de OHM se manifiesta claramente tras haber contrastado nuestros resultados con los de otros grupos. Probablemente el problema lo han ocasionado los multímetros, los cuáles debieron de haber sido utilizados con un intensidad de corriente superior a la permitida y se desajustaron. Los resultados teóricos de los valores de las distintas resistencias han sido satisfactorios lo que nos lleva a la conclusión de la ley se cumple correctamente.

ANEXOS

BIOGRAFIAS DE PERSONAJES

Robert Andrews Millikan Físico 1868-1953 Robert Andrew Millikan nació en Morrison (Illinois) en el año 1868. Hijo de un humilde clérigo con una familia numerosa, Millikan creció en el medio-oeste de los Estados Unidos. Cuando era estudiante de segundo año en el Oberlin College se le solicitó que enseñara física, una materia que nunca había estudiado. Fue esta experiencia la que decidió su futuro como físico. Estudió en las universidades de Columbia, Berlín y Gotinga. Se incorporó al cuerpo docente de la Universidad de Chicago en 1896, y en 1910 fue profesor de física. Abandonó la universidad en 1921 al convertirse en director del laboratorio Norman Bridge de física en el Instituto de Tecnología de California. Aportes: Millikan hacía caer entre dos placas metálicas una rociada fina de gotas de aceite muy pequeñas. El aire entre las placas era irradiado con rayos-X y éstos provocaban la ionización («arrancaban» electrones) de moléculas de nitrógeno y oxígeno. Algunos de los electrones liberados colisionaban con las gotas de aceite y podían quedar adheridos a ellas, con lo que conferían a la gota que caía una carga negativa. La caída libre de las gotas por acción de la gravedad podría ser detenida entonces cargando las placas metálicas, una positiva y la otra negativamente. Millikan observó con ayuda de un microscopio gotas individuales de aceite y ajustó la carga de las placas hasta conseguir que la fuerza que actúa sobre la gota debida a la carga de las placas compensara exactamente la fuerza gravitatoria. De este modo una gota quedaría estacionaria (se detendría su caída). Conociendo la carga de las placas y haciendo uso de la ley de Coulomb, Millikan fue capaz de

calcular la carga que portaba la gota. Cuando la experiencia se repetía para un gran número de gotas individuales, el resultado era que la carga sobre una gota siempre era -1,60 x 10-19 C o un múltiplo entero de esta carga. En 1923 le fue concedido el Premio Nobel de Física por estos experimentos. Millikan demostró que hay una cantidad de carga eléctrica que es la más pequeña posible. Ello indica que la carga eléctrica no es continua sino que está constituida por partículas -las partículas que hoy se conocen como electrones- que portan, todas ellas, la misma carga. Las gotas de aceite habían incorporado uno o varios electrones y por ello su carga siempre resultaba ser la de uno o varios electrones. Los experimentos de Millikan no sólo sirvieron para establecer un valor preciso de la carga de un electrón, sino que también proporcionaron la primera prueba concluyente de la existencia de los electrones.

BLAISE PASCAL Blaise Pascal nacio un 19 de junio de 1623 en Clermont y murió el 19 de agosto de 1662 en París fue un

matemático, físico, filósofo cristiano y escritor. Sus contribuciones a las matemáticas y las ciencias naturales incluyen el diseño y construcción de calculadoras mecánicas, aportes a la Teoría de la probabilidad, investigaciones sobre los fluidos y la aclaración de conceptos tales como la presión y el vacío. Después de una experiencia religiosa profunda en 1654, Pascal abandonó las matemáticas y la física para dedicarse a la filosofía y a la teología        

PRINCIPALES APORTACIONES El triángulo de Pascal. Teoremas de geometría proyectiva. El hexágono místico de Pascal. Inventó la primera máquina digital de calcular. Demostró la existencia del vacío. Observó que la presión atmosférica disminuye con la altura. Escribió las leyes de la presión, confirmando los experimentos de Torricelli.

A la edad de 16 años, Pascal presenta una hoja de papel en una de las reuniones de Mersenne. Contenía una seria de teoremas de geometría descriptiva, incluyendo el hexágono místico de Pascal.Pascal inventó la primera calculadora digital en 1642 para ayudar a su padre. El aparato, llamado Pascalina, parecía una calculadora mecánica de los años 1940.Estudios posteriores en geometría, hidrodinámica e hidrostática, y la presión atmosférica le llevaron a inventar la jeringa y la prensa hidráulica, y a descubrir la ley de la presión de Pascal.

Estudió las secciones cónicas y produjo importantes teoremas en la geometría descriptiva. En colaboración con fermat, fundaron las bases de la teoría de la probabilidad. Su obra filosófica más famosa es "Pensées", una colección de pensamientos personales sobre el sufrimiento humano y la fe en Dios. La "apuesta de Pascal", asegura que la creencia en Dios es racional con el siguiente argumento: "Si Dios no existe, nada pierde uno en creer en Él, mientras que si existe, lo perderá todo por no creer."

Biografía:

Kapitsa, Piotr Leonidovich (Kronstadt, actual Rusia, 1894-Moscú, 1984) Físico ruso. Estudió en el Instituto Politécnico de Petrogrado y permaneció en él como profesor universitario hasta 1921. Tras la muerte de su esposa y de sus dos hijos pequeños por enfermedad durante la guerra civil rusa, emigró al Reino Unido para estudiar en la Universidad de Cambridge, donde trabajó con E. Rutherford. Aportes: En 1924 fue nombrado director asistente para la investigación del magnetismo en el Cavendish Laboratory; allí creó dispositivos capaces de generar campos magnéticos de muy elevada intensidad, y que no serían superadas hasta 1956. Miembro del Trinity College y de la Royal Society, en 1932 se construyó especialmente para él, en Cambridge, el Royal Society Mond Laboratory, del que fue nombrado director. En 1934, durante un viaje profesional a la Unión Soviética, fue detenido por orden directa de Stalin. Al año siguiente era nombrado director del Instituto para Problemas de Física, en Moscú. Continuó con las investigaciones iniciadas en Cambridge sobre la física de bajas temperaturas y la conducción del calor en helio líquido. Descubrió que el helio II (forma estable de helio líquido por debajo de los 2,2 ºK) fluía sin presentar apenas viscosidad. Sus investigaciones sobre la superfluidez se publicaron en los artículos «Transferencia de calor y superfluidez en el helio II» e «Investigaciones sobre el mecanismo de la transferencia de calor en el helio II», ambos de 1941. Recibió grandes honores por parte del gobierno soviético, hasta que perdió el favor de Stalin cuando se negó a trabajar para el desarrollo de armas nucleares. En 1955, tras la muerte del dictador, fue restituido en su puesto de director del Instituto. En 1978, después de cuarenta años de investigación, fue galardonado con el Premio Nobel de Física.

EJERCICIOS a) Calcular la intensidad dela corriente en una sección de un conductor si por la misma pasan 320 C en 2 min. datos I=? Q=320C T=2 Min=120 s desarrollo I=Q/T I=320C/12s I=2.67 A b) ¿Qué cantidad de electricidad para en 3.5s por una sección de un conductor si la intensidad de la corriente es de 4.2mA? datos Q=? I=4.2 mA T=3.5s desarrollo I=Q/T =T.I=Q Q=T.I Q= 3.5sX4.2X10-3ª Q=14.7X10-3C c) Obtener la intensidad I de la corriente en una sección de un conductor cuando por esa sección pasan 500 C en 2 min. Datos I=? Q=500C T=2 min=120s desarrollo I=500C/120S I= 4.17 A

d) Calcular la cantidad de cantidad de carga eléctrica que pasa por una sección de un conductor en 3s. si la intensidad de la corriente eléctrica es de 25 mA.

datos Q=? T= 3s I=25mA=25mA=25X10-3A desarrollo Q=I.L Q=25X10-3AX3s=0.075C e) Por un conductor circulas 4 Coul en 2 s. calcular la intensidad de la corriente. datos Q=4C T=2s I=? desarrollo I=Q/T I=4C/2s I= 2ª f) A través de un conductor circula una corriente de 1.5 A durante 5 min, calcule la carga que circula. datos Q=? I=1.5 A T=5min=300 s desarrollo Q=I.T Q=1.5 AX300s Q=400A g) Por un conductor circula una corriente 0.5 A y la carga que pasa por la sección es de 200 Coul. ¿Cuánto tiempo circula la corriente? datos I=0.5A Q=200Coul T=? Desarrollo I=Q/T T=Q/I T=200C/0.5A T=400A

h) El haz de electrones de una pantalla de televisión tiene una intensidad e 0.15 A. calcule la cantidad de electrones que llegan en 1 minuto. datos e'=1.60X10-19 I=0.15A T=1 minuto=60 s Q=? desarrollo Q=0.15 A X 60 s Q= 9C/1.60X10-19=5.625X10-19 5.625=56.25X10-18 i) Por un conductor circula una corriente de 2 A y en sus extremos hay una diferencia de potencial de 40 V. calcular la carga que circula en 4 min y la resistencia del conductor. datos I=2 A V=40 V Q=? T=4 min=240s P=? desarrollo Q= I.T Q= 2 A X 240 s Q=480 A R=V/I R=20Ω j) Un conductor metálico tiene un coeficiente de resistividad e 12 Ω m y su sección transversal es de 0.004 m 2 y de longitud de 5 m. calcule la resistencia del conductor. datos R= P.L/A P=15Ωm A=0.004m2 L=5m R=?

Desarrollo R= 12Ωm.5m/0.004m2 R=60Ωm2/0.004m2 R=15000Ω R=15000/1000=15 R=15 KΩ k) Un conductor de 2 m de longitud y 0.02m2 de sección transversal se conecta a una fuente de 60 V y por el circula una corriente de 0.2 A. Calcule la resistencia y la resistividad del conductor. datos L= 2 m A= 0.02 V= 60 V I= 0.2 R= ¿?

= ¿? desarrollo

(

)(

)

l) Un conductor cuya resistividad es de 1.69X10-8Ω m tiene una sección transversal de 0.00002 m2 y una longitud de 40 m. si se conecta a un voltaje de 0.1 V, calcule la resistencia del conductor y la corriente que circula a través de él. datos P = 1.69x A= 0.00002 L= 40 m V= 0.1 V R=¿?

(

desarrollo )(

)

m) ¿Cuál es la resistencia de un conductor de cobre de 2 m de largo y 1mm de diámetro?

datos P = 1.72x A=1mm = 0.78 L= 40 m R= ¿? (

desarrollo )( )

n) Un conductor de 320m de largo 0.1 mm2 de área de sección transversal se conecta una batería de 6 V haciendo que en el circule una corriente 0.002 A. Calcular la resistividad del material. datos = ¿? A=1 =0.0001 L= 320 m V= 6 V R=0.002 A desarrollo ( )( )

o) Dos alambres de cobre (p=1.70X10-8Ω m) tienen 5 m de longitud y cada alambre tiene 2.3 mm de diámetro. ¿Cuál es la resistencia de uno de los alambres?. datos = 1.70x A= 7.3 mm = 4.15 L= 5 m R= ¿? desarrollo ( )(

)

p) ¿Qué longitud de alambre de aluminio (p=2.82 X10-8Ωm) de 2.588 mm de diámetro se requiere para hacer un resistor de 20Ω? datos = 2.82x A= 2.58 mm = 5.26 L= ¿? R= 20 desarrollo ( )( )

q) Una aplicación requiere un cable de aluminio de 20 m de longitud que tenga una resistencia de 0.25mΩ. ¿Cuál debe ser el diámetro del cable? datos = 2.82x A= ¿? L= 20 m R= 0.25

desarrollo (

)(

)

r) A una barra larga con sección transversal cuadrada de 5 mm de lado se aplica un voltaje de 100 V a lo largo de 20 m de longitud. Si la corriente que fluye a través de ella es de 5 A, ¿Cuál es la resistividad del material? datos V= 120 P1= 130 W P2 = 240 E desarrollo

s) Una sistema incluye un monitor a color y una unidad central de procesamiento con teclado, cada uno operando a 120 V. el monitor a color tiene un requerimiento de 130 W y la CPU de 240 W. ¿Cuál es la resistencia de cada componente bajo esas condiciones? datos V= 115 V P= 1200W desarrollo

(

)(

)

(

)

t) Una secadora de cabello (1200 W) opera a 115 V. el filamento de alambre uniforme se rompe cerca de un extremo y se repara removiendo una sección cerca de la ruptura y se reconecta. El filamento a hora es entonces 10% más coroto que su longitud original. ¿Cuál será el cambio en la salida de potencia del secador? datos V= 115 V P= 1200W desarrollo

(

)(

)

(

)