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• Julian Caicedo

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2019

Trabajo colaborativo – Ley de Ohm Física II

Física II Politécnico Grancolombiano 04/06/2019

TRABAJO COLABORATIVO – LEY DE OHM

INTRODUCCION. Las principales aplicaciones de la electricidad se obtienen del movimiento de las cargas eléctricas a través de los medios conductores. Estas cargas, que forman corrientes en su desplazamiento, se usan para transportar energía de unos lugares a otros de forma segura y eficaz. Corriente eléctrica Toda carga sometida a la acción de un campo eléctrico tiende a moverse conforme a los siguientes principios:  

Las cargas positivas pasan de puntos de mayor a menor potencial electrostático. Las cargas negativas tienden a desplazarse de los puntos de menor potencial del campo a los de potencial mayor.

El movimiento de las cargas ordenado, continuo y sistemático se denomina corriente eléctrica. Para que se produzca esta corriente es necesaria la presencia de cargas libres en el medio de conducción. Ejemplos comunes de corriente eléctrica son los movimientos de los electrones libres en los metales y de los iones en las disoluciones.

Intensidad de corriente La magnitud de una corriente eléctrica se determina por su intensidad, de símbolo I, que se define como la cantidad de cargas eléctricas que atraviesan una determinada superficie por unidad de tiempo. Es decir: I=

∆Q ∆t

Circuitos eléctricos Una corriente eléctrica que fluye por un medio conductor cerrado sobre sí mismo constituye un circuito eléctrico.

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Dentro de un circuito pueden existir diversos componentes, como un generador (pila, batería), un hilo conductor (por ejemplo, de cobre u otro metal), condensadores, interruptores, etc. Por el principio de conservación de la carga, la intensidad de corriente de un circuito cerrado debe ser constante. Aunque en los circuitos habituales la corriente se debe al movimiento de los electrones (cargas negativas), tradicionalmente se creyó que las que se movían eran las cargas positivas. Así, aunque el sentido real de la corriente va, en general, del polo negativo al positivo, se ha convenido en asignar a la corriente eléctrica un sentido del polo positivo al negativo. Resistencia y resistividad Todo componente de un circuito eléctrico muestra una oposición, aunque sea mínima, al paso de la corriente. La magnitud que mide esta oposición, llamada resistencia eléctrica, se define como el cociente entre la diferencia de potencial entre dos puntos y la intensidad de corriente que circula por ellos: R=

V A −V B I

siendo L la longitud del cuerpo y A su superficie. Ley de Ohm El valor de la resistencia de un conductor metálico es constante sea cual sea la intensidad de corriente que lo atraviesa y la diferencia de potencial existente entre sus extremos. Este principio se conoce como ley de Ohm (físico alemán que vivió entre 1789 y 1854).

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OBJETIVOS. La siguiente es una práctica de laboratorio que se basa en la aplicación de la ley de Ohm, ley fundamental de la electrónica que puede ser aplicado en cualquier circuito electrónico de modo que podamos hallar valores de voltaje (voltios), o intensidad de corriente (Amperios). El ejercicio se basa principalmente en la aplicación de determinado voltaje a un circuito y establecer una ecuación que explique la correlación entre el voltaje y las resistencias a través de las que fluye en el circuito. Objetivo general Identificar y resolver por medio de prácticas de laboratorio virtual las diferentes leyes y principios de la física eléctrica. Para analizar el comportamiento de sus variables y parámetros. Objetivos específicos    

Emplear a ley de Ohm para determinar valores de resistencias. Identificar algunos instrumentos de uso frecuente en el laboratorio de física. Reconocer los conceptos básicos relativos a la ley de Ohm. Establecer la relación entre corriente, voltaje y resistencia.

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DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD. PRIMERA FASE INDIVIDUAL SEMANA 3 (del martes 28 de mayo, al martes 4 de junio) Ingrese al siguiente enlace https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-constructionkit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_es.html. En esta simulación encontrará: Voltímetros, Amperímetros, baterías, resistencias, bombillas, interruptores y cables de conexión. Arrastre hacia el panel una batería, una resistencia, cables de conexión. Coloque un amperímetro entre la batería y la resistencia, como se muestra en la figura del simulador. Mida el valor de la corriente en el circuito y del voltaje de la batería y anótelas en la siguiente tabla. Repita el experimento usando la misma resistencia, pero colocando dos baterías en serie como fuente de voltaje y anote los valores que registran el voltímetro y el amperímetro en la tabla 1. Repita el experimento hasta tener cinco baterías en serie.

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Amperímetro (A) 0,90 1,80 2,70 3,60 4,50

V Baterys (V) 9,00 18,00 27,00 36,00 45,00

Tabla 1. Resultados experimento individual.

A medida que colocamos baterías en serie como fuente de voltaje, el valor de la corriente del circuito y  el voltaje de la batería cambian, sus resultados son diferentes. 1. Realice la gráfica del voltaje total de las baterías en función de la corriente que registra el amperímetro.

BATERYS (V)

GRAFICA DE RESULTADOS 50 45 40 f(x) = 9 x + 0 35 R² = 1 30 25 20 15 9 10 5 0 1

45 36 27 18

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AMPERIMETRO (A)

2. Determine por regresión lineal el valor de la pendiente de la recta obtenida. n=5 a=

n∗∑ XY −∑ X∗∑ Y 2

n∗∑ X 2−¿ ( ∑ X ) ¿

∑ ( XY )=0,9∗9+1,8∗18+2,7∗27+3,6∗36+ 4,5∗45=445,5

∑ X ∑ Y =( 0,9+1,8+2,7 +3,6+ 4,5 )( 9+ 18+27+36+ 45 )=13,5∗135=1822,5 ∑ X 2=0,92 +1,82 + 2,72 +3,6 2 + 4,52=44,55 Politécnico Grancolombiano | Facultad de Ingeniería y Ciencias básicas

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( ∑ X ) = ( 0,9+ 1,8+2,7+3,6+ 4,5 )2=( 13,5 )2 =182,25 a=

5∗445,5−13,5∗135 2227,5−1822,5 405 = = =10 5∗44,55−182,25 222,75−182,25 40,5

SEGUNDA FASE SEMANA 4 (del miércoles 5 de junio, al martes 11 de junio) En esta actividad deben realizar otra práctica adicional usando el mismo simulador, pero ahora en lugar de ir colocando baterías, deben ir adicionando resistencias y dejar una sola batería. Para ir anotando los valores de la resistencia equivalente (colocando varias en serie y en paralelo) manteniendo una sola batería en el circuito (asegúrese de ajustar el mismo valor de voltaje). Anotar la corriente total que registra el amperímetro y los valores de resistencia equivalente del circuito en cada caso. Realizar esto para cinco configuraciones de resistencias y anotar los valores de corriente y resistencia equivalente en la siguiente tabla. Se procederá con una explicación, para realizar este punto para muchos conductores de la electricidad, la corriente eléctrica que fluye a través de ellos, es directamente proporcional al voltaje que se le aplica. Cuando se toma una vista microscópica de la ley de Ohm, se encuentra que la velocidad de desplazamiento de las cargas a través del material, es proporcional al campo eléctrico en el conductor. A la proporción entre el voltaje y la corriente, se le llama resistencia, y si esta proporción es constante sobre un amplio rango de voltajes, al material se le dice que es un material "óhmico". Si el material se puede caracterizar por tal resistencia, entonces la corriente se puede predecir de la relación:

Y si se conocen dos de estos valores, simplemente, se debe modificar de la siguiente manera:

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Se empieza por la primera resistencia 1 RESISTENCIA

I =0.28 A Req =

2 RESISTENCIAS

I =1.4 A Req =

3 RESISTENCIAS

9V =6.43 Ω 1.4 A

I =0.6 A Req =

4 RESISTENCIAS

9V =32.14 Ω 0.28 A

9V =15 Ω 0.6 A

I =0.74 A Req =

9V =12.16 Ω 0.74 A

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I =0.33 A

5 RESISTENCIAS

Req =

R Equivalente (ῼ) 32.14 6.43 15 12.16 27.27

9V =27.27 Ω 0.33 A

I Amperímetro (A) 0.28 1.4 0.6 0.74 0.33

Tabla 1. Resultados experimento grupal.

1. Realice una gráfica de Corriente total I vs. Resistencia equivalente R

2. En este caso la relación entre Resistencia equivalente y Corriente total no debería ser lineal (según la ley de Ohm). Sin embargo, es posible aplicar un modelo de regresión diferente al cual los datos puedan ajustarse, discuta en grupo sobre cuál debería ser este modelo y aplíquelo a los datos de la Tabla 2.

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¿Qué puede inferir a partir de los parámetros de regresión de este modelo?, ¿Puede encontrar alguna cantidad física importante a partir de este modelo? Según la forma de la gráfica, la función que mejor se ajusta a los datos no es una función lineal sino una función potencial. Por lo tanto, se realiza una regresión potencial: Es decir: I =9.0037 R−1 El valor del coeficiente A es 9.0037 3. Explique su significado físico.  La función obtenida en el punto 2 es: I =9.0037 R−1  Es decir: 9.0037 I= R  Comparando con la ley de Ohm: V I= R  Entonces el valor del coeficiente 9.0037 corresponde al voltaje. 4. Compare el valor de la pendiente con el valor del voltaje de la batería.  Se puede ver que el valor obtenido para el voltaje experimental es: V med =9.0037 V  Mientras que el voltaje de la batería es: V T =9 V 5. De acuerdo con el numeral 4 realizar el cálculo del error relativo porcentual en la determinación del voltaje de la batería. V −V med Error ( % )= T ∗100 % VT

|

|

|9−9.0037 |∗100 % 9

Error ( % )=

Error ( % )=0.041% 6. Repetir el numeral anterior, pero con el resultado para la resistencia en la parte individual.  En la parte individual halle que el valor de la resistencia experimental (valor obtenido por regresión lineal) fue: Politécnico Grancolombiano | Facultad de Ingeniería y Ciencias básicas

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V med =10 Ω  Y el valor teórico de la resistencia utilizada fue: V T =10 Ω  Entonces, el error relativo porcentual es: 10−10 Error ( % )= ∗100 % 10 Error ( % )=0 %

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CONCLUSIONES

REFERENCIAS. https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuitconstruction-kit-dc-virtual-lab_es.html https://www.youtube.com/watch?v=fNeXC8d5En8 https://fisica.laguia2000.com/general/circuitos-en-serie-y-en-paralelo https://www.fluke.com/es-co/informacion/mejores-practicas/aspectos-basicos-de-lasmediciones/electricidad/que-es-la-ley-de-ohm

https://es.scribd.com/document/403420497/Entrega-consolidado-Fisica-2

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