Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro RESUMEN

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Julio Flores Nieto
hace 7 años
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1 I3. DETERMINACIÓN DE LA RESISTIVIDAD DE DOS CONDUCTORES: CONSTANTAN Y CROMO-NÍQUEL RESUMEN Los materiales se pueden caracterizar por su comportamiento eléctrico, conductores y no conductores, esta caracterización proviene de su capacidad para circular corriente al ser sometidos a una diferencia de potencial, la conductividad (denotada σ) es una propiedad intrínseca de los materiales que nos cuantifica que tan fácil circulan los portadores de cargar (en general electrones) por cierta sección trasversal del material, de ahí que se pueda definir la resistividad como la cantidad inversa a la conductividad. En este proyecto de investigación esperamos que el estudiante logre determinar experimentalmente la resistividad de diferentes materiales. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Es de vital importancia la compresión completa de los fenómenos eléctricos por partes de los alumnos, en esa medida se requiere que el estudiante este en la capacidad de determinar el valor de la resistividad de un material si llegara a ser necesario tanto en su labor académica con en su desempeño laboral, con este proyecto el investigador trabajará dos técnicas de medición de resistividad, en la fase I medición directa de la resistencia y posteriormente en la fase II medición indirecta de la resistividad por la ley de ohm, estas dos técnicas permitirán encontrar valores acertados de la resistividad para para cualquier conductor. Se espera el estudiante valide experimente la definición de resistividad y afiance sus conocimientos sobre el comportamiento eléctrico de los materiales.

2 OBJETIVO GENERAL Determinar experimentalmente la resistividad de dos conductores: constantan y cromo-níquel OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar la resistividad eléctrica de los materiales por medida directa de la resistencia Determinar la resistividad eléctrica de los materiales por medida indirecta de la resistencia (ley de ohm) MARCO TEORICO 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). Para su medición en la práctica existen diversos métodos. La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo (L), de su sección (A) y del material con el que está fabricado, mediante la siguiente expresión: R =, L (1) - Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica: un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que un valor bajo indica que es un buen conductor. La resistividad es la inversa de la conductividad; por tanto ρ = /. La magnitud de la resistividad (ρ) es la 0 proporcionalidad entre el campo eléctrico E y la densidad de corriente de conducción J : E = ρj (2) La ley de ohm establece que para un conductor a temperatura constante, la relación entre la diferencia de potencial que hay entre dos puntos del conductor y la corriente eléctrica en el conductor es constante. Esta constante es la resistencia eléctrica entre dos

3 puntos. Así, si ΔV es la diferencia de potencial entre los extremos del conductor e I es la corriente que pasa por el conductor, la ley de Ohm puede expresarse: 67 8 = R (3) La ley de Ohm es obedecida con sorprendente precisión por muchos conductores para una amplia gama de valores de voltaje, corriente y temperatura del conductor. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que hay muchos conductores que no siguen la ley de Ohm. METODOLOGÍA La investigación se desarrollara por el método inductivo en dos fases, se usara la observación sistemática que necesita pleno conocimiento de la teoría, obtención de múltiples datos y resultados obtenidos por diferentes hipótesis. FASE I, MEDICION DIRECTA DE LA RESISTENCIA: para esta fase la investigación debe realizar la adquisición de datos, es necesario que realice el montaje de la figura 1 (pida el docente revise el montaje), posteriormente, variar consecutivamente la longitud del alambre y registrar el valor de la resistencia dado por el ohmímetro, tenga en cuenta tomar variaciones de longitud apreciables y registrar mínimo tres valores para longitud, no olvide apuntar el valor del diámetro del alambre Figura 1. Montaje para la medición directa de la resistencia

para el cálculo del área transversal, luego cambie el alambre por uno de diferente calibre pero del mismo material y repita la adquisición de los datos, por ultimo cambie de material y repita toda la

4 para el cálculo del área transversal, luego cambie el alambre por uno de diferente calibre pero del mismo material y repita la adquisición de los datos, por ultimo cambie de material y repita toda la fase. FASE II, MEDICION INDIRECTA DE LA RESISTENCIA: para esta fase de la investigación también debe realizar adquisición de datos, es necesario que realice el montaje de la figura 2 (solicite al docente revisar el montaje antes de energizar), posteriormente, variar consecutivamente la longitud del alambre y registrar el valor de la diferencia de voltaje y de la corriente, se recomienda tomar la misma variación de longitud que en la fase I y de igual forma que en la fase I registrar mínimo tres valores de voltaje y corriente para cada longitud, no olvide apuntar el valor del diámetro del alambre para el cálculo del área transversal, luego cambie el alambre por uno de diferente calibre pero del mismo material y repita la adquisición de los datos, por ultimo cambie de material y repita toda la fase. Figura 2. Montaje para la medición indirecta de la resistencia

5 RESULTADOS ESPERADOS Se espera que el estudiante observe que la resistencia aumenta al incrementar la longitud del conductor a su vez aprecie que al aumentar el área transversal se disminuye la resistencia de conductor. Se espera también que el estudiante concluya que la resistividad es una constante propia de los materiales y es independiente de la sección trasversal, longitud, diferencia de potencial y corriente de un elemento. Se espera que el estudiantes observe que al aumentar la longitud crezca la diferencia de potencial y caiga la corriente, también se espera que logre observar que el aumento del diámetro disminuye la resistencia por ende al aumentar la longitud del conductor se incremente el voltaje pero disminuya la corriente pero en menor medida que donde el área transversal es menor. Se espera que el estudiante logre determinar la resistividad tanto del constantan como del cromo níquel y estos valores concuerden con los reportados en la bibliografía, además sean semejantes a los obtenidos por cada método, medición directa de la resistividad BIBLIOGRAFÍA Alonso, Finn. Física. Addison-Wesley Iberoamericana (1995)

6 Este material fue desarrollado por Melba Johanna Sánchez Soledad, B.Sc, Oscar Mauricio Forero Quintero y Rogelio Ospina Ospina Ph.D, en el marco del proyecto titulado Fortalecimiento de las capacidades científicas y tecnológicas para lograr una mejor formación para la investigación por medio de mejores laboratorios de física para ciencia e ingeniería, fase 1: re-enfoque metodológico. Para el desarrollo de esta actividad se contó con el apoyo de Dr. Jorge Humberto Martínez Téllez, Director de la Escuela de Física, David Alejandro Miranda Mercado, Ph.D, Decano de la Facultad de Ciencias y Gonzalo Alberto Patiño Benavides, Ph.D, Vicerrector Académico,. Bucaramanga, 25 de Abril de 2016

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