LA RELACIÓN VOLTAJE- CORRIENTE EN RESISTENCIAS Y DIODOS

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL ORIENTE PONENCIA: LA RELACIÓN VOLTAJE- CORRIENTE EN RESISTENCIAS Y DIODOS YURI POSADAS VELÁZQUEZ JUNIO DE 2008

2 LA RELACIÓN VOLTAJE-CORRIENTE EN UN RESISTOR (LEY DE OHM) Objetivo: que el alumno relacione en un modelo matemático las siguientes magnitudes físicas: diferencia de potencial, corriente eléctrica y resistencia eléctrica. Tema que apoya: Tema 3 (Corriente eléctrica y diferencia de potencial) de la Segunda Unidad de Física II. Aprendizaje que apoya: mostrar experimentalmente la relación que existe entre la corriente y el voltaje en un resistor eléctrico. Material un amperímetro y un voltímetro (o dos multímetros) con sus respectivas puntas de prueba una tableta de experimentación electrónica (protoboard) un resistor de carbón de 1kΩ y otro de 1, 1.2, 1.6 o 2.2 kω un potenciómetro de 10 kω (de preferencia con vástago) una batería de 9 Volts dos pares de caimanes dobles Procedimiento 1. Armar el circuito representado en la figura 1. En los extremos del potenciómetro se obtiene una tensión variable cuando se gira el vástago. El amperímetro debe estar conectado en serie y el voltímetro en paralelo. Si se tiene alguna dificultad en las conexiones, obsérvese el diagrama pictórico de la figura 2. 9 V Potenciómetro R R* V A FIGURA 1 2. Girar el vástago del potenciómetro y registrar los valores máximo y mínimo de la corriente eléctrica. Estos valores extremos deben ser contemplados para obtener, al menos, quince valores. Se sugiere registrarlos en la tabla I.

3 ma Volts FIGURA 2 3. PRECAUCIÓN: Por ningún motivo se debe mover la llave selectora del multímetro -estando conectada la batería- a otra posición, pues el aparato se puede dañar. Al terminar el experimento, es recomendable desconectar la batería y luego apagar los multímetros. Tabla I. Voltaje versus corriente eléctrica Voltaje V (Volts) Corriente eléctrica I (ma)

4 4. Graficar el voltaje versus la intensidad de la corriente eléctrica.

5 5. Ajustar los datos anteriores a una recta y obtér el modelo matemático de la misma (recordar que dicho modelo es de la forma: V = m I + b, donde m es la pendiente y b la ordenada al origen).escribir en los recuadros correspondientes los valores de la pendiente, la ordenada al origen y la ecuación de la recta. m = ( ) Volts/ ma b = ( ) Volts V = [ ( ) KΩ ] I + Volts 6. Qué representa el valor de la pendiente? 7. Girar la llave selectora del multímetro a la zona del óhmetro (medidor de resistencia eléctrica, la cual viene marcada como OHM o Ω ). Medir el valor del resistor R*: R* = KΩ 8. Se parece el valor de m al valor de R*? Por qué? 9. Una forma de saber qué tanto difiere una cantidad de otra es usar el error porcentual. En nuestro caso, el error porcentual es ε = m R* x 100% R* Obtén el error porcentual: ε = % En qué porcentaje difieren m y R*?

6 Dado que m fue deducida a partir de las mediciones experimentales del voltaje y de la corriente eléctrica, qué se puede concluir acerca del experimento? CONCLUSIONES Este experimento fue realizado en cuatro grupos curriculares para apoyar el tema referente a la ley de Ohm en la asignatura de física II. Tiene dos objetivos didácticos: 1) la demostración de la existencia de materiales como los resistores- en los que la relación voltaje (V)-intensidad de la corriente eléctrica (I) es lineal; 2) la adquisición de habilidades al armar un circuito a partir de un diagrama; y 3) la obtención de un modelo matemático que involucre a V y a I. Una de las dificultades fue que a muchos alumnos se les complica la interpretación de los diagramas simbólicos y también de los diagramas pictóricos. En ocasiones el docente debe ir armando el circuito con el grupo y, al finalizar, revisar las conexiones para que al conectar la batería el voltímetro y el amperímetro queden perfectamente ubicados y no sufran daños. Una vez que el circuito está correctamente ensamblado, la obtención de los datos no se lleva mucho tiempo y permite la graficación de los mismos y el análisis de los datos. Además, por el diseño mismo del circuito, la corriente eléctrica no es muy grande y el circuito no presenta problemas de calentamiento que alteren la relación entre la corriente eléctrica y el voltaje. Otro problema consistió en la obtención del modelo matemático; en el segundo semestre de física algunos alumnos ya se han olvidado de cómo se obtienen los elementos de la recta. Sin embargo, una vez que se les recuerda, la obtención de la ecuación que relaciona al voltaje y la corriente eléctrica es fácil, pues la correlación entre estas variables es alta (porque así fue diseñado el experimento). Lo anterior le permite al alumno obtener un modelo matemático y contrastarlo con la ley de Ohm. Si se salvan las dificultades de conexión en la tableta protoboard, el experimento con todo y el análisis- puede realizarse a lo más en unos 90 minutos.

7 SUGERENCIAS PARA SU MANEJO EN EL AULA-LABORATORIO. A continuación se enlistan las más importantes: I. Previamente al experimento, dejar una investigación acerca de la ley de Ohm y de cómo se representa matemáticamente. II. Explicar claramente la lógica del diagrama de conexiones para que pueda ser entendido y luego pasarlo a las conexiones reales en la tableta protoboard. III. Si es el caso, repasar brevemente la obtención de un modelo matemático a partir de una recta. IV. Un mayor número de amperímetros y de voltímetros en el aula-laboratorio.