FISICA 2. Ley de Ohm. Circuitos eléctricos en corriente continua. Electricidad y magnetismo. Ing. Sergio RIBOTTA Ing.

Transcripción

1 U N I E S I D A D N A C I O N A L D E S A N L U I S FACULTAD DE INGENIEÍA Y CIENCIAS AGOPECUAIAS FISICA Electrcdd y mgnetsmo Ley de Ohm. Crcutos eléctrcos en corrente contnu. Ing. Sergo IBOTTA Ing. Mrcel PESETTI

2 Lbortoro Ley de Ohm. Crcutos eléctrcos en Corrente contnu (CC).. Ley de Ohm... Introduccón... Medcón drect... Códgo de colores..4. Códgo de mrcs.. Asoccón de resstencs... Asoccón prlelo... Asoccón sere.. Medcón de correntes y de dferencs de potencl.4. Trbjo práctco de lbortoro.4.. Objetvos.4.. Modo de relzr l experenc PATE I: Método y PATE II: Prte II. y II. eporte de Lbortoro Nro. (FTPLL-) eporte de Lbortoro Nro. (FTPLL-)

3 [mper] 0 [mper] Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC.. Ley de Ohm... Introduccón Ohm descubró que cundo el voltje (dferenc de potencl) trvés de un resstenc cmb, l corrente trvés del resstor tmbén cmb. Ohm expreso esto mednte l sguente relcón (-) donde es l corrente, es el voltje (dferenc de potencl) y l resstenc. L corrente es drectmente proporconl l voltje e nversmente proporconl l resstenc. En otrs plbrs, pr umentos en el voltje, corresponden proporconlmente umentos en l corrente (pr un msm resstenc). L constnte de proporconldd es el vlor de l resstenc. Subsecuentemente, l corrente es nversmente proporconl l resstenc, por lo tnto pr umentos en l resstenc, corresponden dsmnucones en l corrente (pr un msmo potencl). Un resstor es ohmco, s cundo el voltje plcdo trvés de l resstenc se ncrement, y l gráfc del voltje versus corrente muestr un líne rect (ndcndo un resstenc constnte). L pendente de l líne es el vlor de l resstenc, fgur = [volt] 0.6 [ [volt] Fgur. L corrente en un certo conductor de cobre en funcón de l dferenc de potencl. Este conductor obedece l ley de Ohm Fgur. L corrente en un tubo l vcío tpo ª en funcón de l dferenc de potenc. Este conductor no obedece l ley de Ohm Un resstor es no-ohmco s l gráfc del voltje versus corrente no es un líne rect. Por ejemplo, s l resstenc cmb cundo cmb el voltje, l gráfc del voltje versus l corrente muestr un cuerv con un pendente cmbnte, fgur.. Pr determndos resstores, el vlor de l resstenc no present cmbos precbles. Sn embrgo, pr el cso de un lámpr del tpo ncndescente, l resstenc del flmento present cmbos cundo es clentd o enfrd.

4 Lbortoro Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC Págn 4 En frecuencs lts en corrente ltern (CA), el flmento no tene tempo pr enfrrse, permnecendo sí un tempertur cs constnte y l resstenc por lo tnto qued reltvmente constnte. En bjs frecuencs en corrente ltern (CA) (por ejemplo, menores que un Hertz), el flmento tene tempo pr cmbr de tempertur. Como consecuenc, l resstenc del flmento cmb drmátcmente y el cmbo en l corrente trvés del flmento result nteresnte en el tempo.... Medcón drect Otr mner de conocer l resstenc de un resstor es mednte l utlzcón de un multímetro (tester) dgtl o nlógco. El procedmento consste en tomr el multímetro y selecconr prmermente, trvés de l llve selector, l mgntud que desemos medr, en este cso un resstenc [], en un escl decud. A contnucón se conect un plug tpo bnn en el borne ndcdo como [COM] y el otro plug en el borne ndcdo como [ ma], los extremos de estos conductores se conectn los extremos del resstor, tl como se muestr en l fgur.. Fgur. Medcón drect de un resstor mednte l utlzcón de un multímetro o tester.... Códgo de colores Otr form de dentfcr el vlor de l resstenc de un resstor es mednte l lectur e nterpretcón de los códgos de colores mpresos en l superfce del resstor. Los códgos de colores y su sgnfccón se muestrn en l Tbl.. Códgo de 4 bnds = B B x Mul Tol [] %, 5%, 0% Color ª Bnd ª Bnd ª Bnd Multplcdor Tolernc Negro ohm Mrrón 0 ohm +% (F) ojo 00 ohm +% (G ) Nrnj K ohm Amrllo K ohm erde K ohm S +0 5% (D) Azul M ohm +0.5% (C) olet M ohm +0.0% (B) Grs % Blnco Oro % (J) Plt % (K) 0.%, 0.5%, 0.5%, % Códgo de 5 bnds = B B C x Mul Tol [] Tbl. Identfccón de l resstenc en resstores mednte l lectur e nterpretcón de los códgos de colores.

5 Lbortoro Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC Págn 5 Con este códgo de colores se regul el mrcdo del vlor nomnl y l tolernc pr resstencs fjs de crbón y metálcs de cp fundmentlmente. Tenemos que resltr que con estos códgos lo que se obtene es el vlor nomnl de l resstenc pero no el vlor rel, el cul se sturá dentro de un mrgen según l tolernc que se plque.... Códgo de mrcs Como en el cso del códgo de colores, el objetvo del códgo de mrcs es el mrcdo del vlor nomnl y tolernc del componente y, unque se puede plcr culquer tpo de resstencs, es típco encontrrlo en resstencs bobnds y vrbles. Como vlor nomnl podemos encontrrnos con tres, cutro, o cnco crcteres formdos por l combncón de dos, tres, o cutro números y un letr, de cuerdo con ls cfrs sgnfctvs del vlor nomnl. L letr del códgo susttuye l com decml, y represent el coefcente multplcdor según l correspondenc mostrd en l Tbl.. Letr Códgo K M G T Coefcente x x 0 multplcdor x 0 6 x 0 9 x 0 Tbl. Letrs códgos con sus correspondentes coefcentes multplcdores pr l dentfccón de resstores. L tolernc v ndcd mednte un letr, según se muestr en l Tbl.. Como se puede precr precen tolerncs smétrcs, unque ests se usn normlmente en el mrcdo de condensdores. Letr Códgo Smétrc Asmétrc B C D F G J K M N Q T S Z Tolernc 0, 0,5 0, Tbl. Tolerncs smétrcs y smétrcs correspondentes l codfccón por mrcs pr resstores... Asoccón de resstencs Ls resstencs se pueden socrse en prlelo, sere o en conexones mxts.... Asoccón prlelo L fgur.4 muestr tres resstencs conectds l msm fuente de potencl. Cundo se conectn resstencs de tl mner que es l msm dferenc de potencl l que se les plc tods se dce que están en prlelo. L resstenc equvlente es quell resstenc que por s sol, l susttur l combncón en prlelo entre los termnles b no lterrí l corrente. equvlente b Fgur.4 Tres resstencs conectds en prlelo entre los termnles y b. A l derech el crcuto equvlente. b

6 Lbortoro Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC Págn 6 Ls correntes en ls tres rms son: Sendo l dferenc de potencl que exste entre los puntos y b. L corrente totl se hll plcndo el teorem del nodo, l nodo, se obtene S se us l resstenc equvlente en lugr de l combncón en prlelo tenemos: eq Combndo ests dos ecucones se obtene eq (-) Est últm expresón se puede generlzr pr el cdo de más de tres resstencs de l sguente mner. n eq n eq (-)... Asoccón sere L fgur.5 muestr tres resstencs conectds en sere de tl mner que sólo se puede segur un tryector de conduccón por ells. L resstenc equvlente es quell resstenc que por s sol, l susttur l combncón en sere entre los termnles b no lterrí l corrente. L dferenc de potencl en los extremos de cd resstenc es: Sendo l corrente que crcul por cd resstenc. Aplcndo el teorem de l tryector (sguendo el sentdo horro, prtendo de ) se obtene: 0 b equvlente b Fgur.5 Tres resstencs conectds en sere entre los termnles y b. A l derech el crcuto equvlente.

7 Lbortoro Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC Págn 7 S se us l resstenc equvlente en lugr de l combncón en sere tenemos: eq Combndo ests dos ecucones se obtene eq eq (-4) Est últm expresón se puede generlzr pr el cdo de más de tres resstencs de l sguente mner. n eq (-5).. Medcón de correntes y de dferencs de potencl Un nstrumento utlzdo pr medr correntes se denomn mperímetro (mlmperímetro o mcromperímetro, según l mgntud de l corrente medr). Pr determnr l corrente en un conductor es necesro cortr o nterrumpr el crcuto pr nsertr el mperímetro de tl mner que l corrente que se h medr crcule por el meddor, según se observ en l fgur.5. Otr mner es l de utlzr lo que se denomn pnz mperométrc, este nstrumento posee en un extremo un pnz, l cul se bre permtendo colocr dentro de ell el conductor l cul se dese conocer l corrente. Obvmente este procedmento result más rápdo, cómodo y seguro y que no se necest nterrumpr el crcuto o cortr el conductor, este procedmento se observ en l fgur.7. Es ndspensble que l resstenc del mperímetro ( A) se muy pequeñ comprd con ls otrs resstencs del crcuto. De no ser sí, el cto msmo de nterclr hrá que cmbe l corrente que se v medr. Un mperímetro del deberí tener resstenc cero. En el crcuto de l fgur -6, l condcón requerd, suponendo que le voltímetro no se conecte, es l sguente: A r r Amperímetro o c oltímetro o b d << Fgur.6 Un mperímetro se conect en sere pr leer l corrente en el crcuto, y un voltímetro se conect en prlelo pr leer l dferenc de potencl trvés de l resstenc. Un nstrumento que ndc dferenc de potencl se denomn voltímetro (mlvoltímetro o mcrovoltímetro). Pr hllr l dferenc de potencl entre dos puntos en

8 Lbortoro Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC Págn 8 un crcuto es necesro conectr uno de los termnles en uno de los puntos (c) del crcuto y el otro termnl en el otro punto (d), sn nterrumpr el crcuto, tl como se ndc en l fgur.6. Es ndspensble que l resstenc del voltímetro () se grnde comprd con culquer resstenc del crcuto en que se vy conect el voltímetro; de no ser sí, el nstrumento msmo constturá un elemento mportnte del crcuto y lterrá l corrente del crcuto y l dferenc de potencl que se v medr. Un voltímetro del deberí tener un resstenc nfnt. En l fgur.6 l condcón que se requere es.4. Trbjo práctco de lbortoro.4.. Objetvos Los objetvos de este trbjo práctco de lbortoro son los sguentes: ) erfcr s un conductor metálco es óhmco, es decr s obedece l ley de Ohm. ) Observr e nterpretr los efectos entre l relcón entre l corrente y l tensón en el flmento de un lámpr ncndescente. ) Armr crcutos sencllos con conexones sere y prlelo con dversos resstores. Determnr l resstenc equvlente mednte cálculo y por medcón drect. 4) Conocer y utlzr nstrumentos de medcón. Amperímetros y voltímetros. Seleccón de escls decuds. 5) Aprender relzr medcones de corrente y dferenc de potencl en crcutos eléctrcos sencllos. 6) Conocer y fmlrzrse con los elementos consttuyentes báscos de un crcuto eléctrco, bterís, fuentes de lmentcón conductores, resstencs, conductores. 7) Estudo expermentl de ls ntensddes en nudos y justfccón del prncpo de conservcón de l crg. MEDIDAS DE SEGUIDAD. Segur tods ls nstruccones pr el uso del equpo en este expermento.. erfcr correctmente ls conexones.. Evtr tener contcto con ls prtes no slds del crcuto eléctrco. 4. Ante culquer dud consultr l profesor responsble del lbortoro..4.. Modo de relzr l experenc PATE I. elcón entre l tensón y l corrente en un resstenc ohmc. Se construrá el crcuto eléctrco de cuerdo l esquem mostrdo en l fgur -7 según correspond los elementos dsponbles. Amperímetro Fuente Almentcón 6 cc vrble F gu A oltímetro o Fgur.7 Un mperímetro se conect en sere pr leer l corrente en el crcuto, y un voltímetro se conect en prlelo pr leer l dferenc de potencl trvés de l resstenc, mentrs se vr grdulmente l tensón en l fuente de lmentcón de 0 6 cc.

9 Lbortoro Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC Págn 9 MÉTODO : (Crcuto fgur.7.) A Mterles necesros. esstores de 0, termstor. Lámpr ncndescente A o l que se encuentre dsponble. Fuentes de lmentcón 0CA (entrd)/6cc (sld) vrble. Conductores de cobre 4. Conectores y fchs vrs 5. oltímetro y Amperímetro dgtl 6. oltímetro y Amperímetro nlógco B Montje de l experenc. Utlce pr l construccón del crcuto un resstenc de 0.. Conecte en prlelo, un voltímetro BIM con escl 0-0 cc (0-5 cc *) en los extremos de l resstenc.. Intercle en el crcuto, en sere, un mperímetro BIM con escl 0- A (0-0.5 A *). 4. Conecte un fuente de lmentcón vrble de 0-6 cc (0-.5 cc *) en los extremos del crcuto. C- egstro de dtos. Antes de conectr l red eléctrc l fuente de lmentcón verfque correctmente tods ls conexones. Coloque el potencómetro de l fuente en 0 en l escl.. Conecte l fuente de lmentcón 0 c.. Gre el potencómetro de l fuente grdulmente hst 6 cc (.5 cc *), y tome ls lecturs del mperímetro y voltímetro conjuntmente. Anote estos vlores en un Tbl elce l gráfc - correspondente dch tbl de vlores. D Análss de dtos. Use ls coordends obtends y determne l relcón tensón versus corrente. ecuerde que est rzón es el vlor de l resstenc del resstor.. erfcr l mgntud de l resstenc por medcón drect mednte un multímetro.. erfcr l mgntud de l resstenc del resstor mednte nterpretcón de los códgos de colores. E Opconl. eemplce el resstor de 0 por un lámpr ncndescente de A. ept l experenc Complet y contest ls pregunts en l seccón eporte de Lbortoro Nº * Todos los vlores ndcdos entre préntess son pr utlzr cundo se relce l experenc con un lámpr ncndescente de.5 0. A

10 Lbortoro Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC Págn 0 PATE II. Determncón de l resstenc equvlente en un crcuto CC. Se construrá el crcuto eléctrco de cuerdo l esquem mostrdo en l fgur -8 y - 9. PATE II : (Crcuto fgur.8.) Amperímetro Fuente Almentcón 6 cc vrble A A A A Fgur.8 Tres resstencs conectds en prlelo. Se muestrn los nstrumentos necesros con sus respectvs conexones pr l determncón de ls correntes, dferencs de potencl y resstenc equvlente. o oltímetro A Mterles necesros. esstores de 0, y 00.. Fuentes de lmentcón 0CA (entrd)/6cc (sld) vrble. Conductores de cobre 4. Conectores y fchs vrs 5. oltímetro y Amperímetro dgtl 6. oltímetro y Amperímetro nlógco B Montje de l experenc. Seleccone pr l construccón del crcuto ls tres resstencs necesrs.. Prmero, determne mednte códgo (de colores o de mrc) y mednte medcón drect (multímetro) los vlores de ls resstencs selecconds.. Determne mednte cálculo l corrente que crcul por cd un de ls resstencs, l corrente totl del crcuto, y l resstenc equvlente del crcuto (suponendo un dferenc de potencl plcd de cc). 4. Conecte en prlelo ls resstencs (de cuerdo l crcuto fgur.8). 5. Conecte en prlelo, un voltímetro BIM con escl 0-0 cc en los extremos de l fuente de lmentcón. ** 6. Intercle en el crcuto ( contnucón de l fuente de lmentcón), en sere, un mperímetro BIM con escl 0- A. ** 7. Intercle en el crcuto ( contnucón de cd resstenc), en sere, un mperímetro BIM con escl 0- A.** 8. Conecte un fuente de lmentcón vrble de 0-6 cc en los extremos del crcuto. ** Con l fnldd de no umentr el error en l medcones de tensón y corrente (y que los nstrumentos no son deles, es decr mp0 y volt ), se consej de r conectdo un nstrumento l vez, tomr l medcón respectv, desconectr y conectr otro nstrumento, y sí sucesvmente hst completr tods ls medcones necesrs.

11 Lbortoro Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC Págn C- egstro de dtos. Antes de conectr l red eléctrc l fuente de lmentcón verfque correctmente tods ls conexones. Coloque el potencómetro de l fuente en 0 en l escl.. erfque que ls escls elegds pr los nstrumentos sen ls corrects (de cuerdo ls mgntudes determns en el punto B-.. Conecte l fuente de lmentcón 0 c. 4. Gre el potencómetro de l fuente grdulmente hst cc, y tome ls lecturs en los mperímetros y voltímetro conjuntmente. Anote estos vlores en el reporte de lbortoro. D Análss de dtos. Con los vlores de corrente y tensón tomdos, determnr l corrente totl, ls resstencs de cd resstor (/) y l resstenc equvlente.. Comprr los resultdos del punto D- con los resultdos obtendos mednte cálculo, punto B-. Complet y contest ls pregunts en l seccón eporte de Lbortoro Amperímetro Fgur.9 Tres resstencs conectds en sere. Se muestrn los nstrumentos necesros con sus respectvs conexones pr l determncón de l corrente, ls dferencs de potencl y l resstenc equvlente. Fuente Almentcón 6 cc vrble A o PATE II.: (Crcuto fgur.9.) oltímetro A Mterles necesros. esstores de 7, 0 y.. Fuentes de lmentcón 0CA (entrd)/6cc (sld) vrble. Conductores de cobre 4. Conectores y fchs vrs 5. oltímetro y Amperímetro dgtl 6. oltímetro y Amperímetro nlógco B Montje de l experenc. Seleccone pr l construccón del crcuto tres resstencs.. Prmermente, determne, mednte códgo (de colores o de mrc) y mednte medcón drect (multímetro) los vlores de ls resstencs selecconds.. Determne mednte cálculo l corrente totl del crcuto, l dferenc de potencl en cd uno de los resstores y l resstenc equvlente del crcuto (suponendo un dferenc de potencl plcd de 4.5 cc). 4. Conecte en sere ls resstencs (de cuerdo l crcuto fgur.9).

12 Lbortoro Ley de Ohm Crcutos eléctrcos en CC Págn 5. Conecte en prlelo, un voltímetro BIM con escl 0-0 cc en los extremos de l fuente de lmentcón. ** 6. Intercle en el crcuto ( contnucón de l fuente de lmentcón), en sere, un mperímetro BIM con escl 0- A. ** 7. Conecte en prlelo, un voltímetro BIM con escl 0-5 cc en los extremos de cd resstenc. ** 8. Conecte un fuente de lmentcón vrble de 0-6 cc en los extremos del crcuto. C- egstro de dtos. Antes de conectr l red eléctrc l fuente de lmentcón verfque correctmente tods ls conexones. Coloque el potencómetro de l fuente en 0 en l escl.. erfque que ls escls elegds pr los nstrumentos sen ls corrects (de cuerdo ls mgntudes determns en el punto B-.. Conecte l fuente de lmentcón 0 c. 4. Gre el potencómetro de l fuente grdulmente hst 4.5 cc, y tome ls lecturs en los mperímetros y voltímetro conjuntmente. Anote estos vlores en el reporte de lbortoro. D Análss de dtos. Con los vlores de corrente y tensón tomdos, determnr l ls dferencs de potencl, ls resstencs de cd resstor (/) y l resstenc equvlente.. Comprr los resultdos del punto D- con los resultdos obtendos mednte cálculo, punto B-. Complet y contest ls pregunts en l seccón eporte de Lbortoro ** Con l fnldd de no umentr el error en l medcones de tensón y corrente (y que los nstrumentos no son deles, es decr mp0 y volt ), se consej de r conectdo un nstrumento l vez, tomr l medcón respectv, desconectr y conectr otro nstrumento, y sí sucesvmente hst completr tods ls medcones necesrs.

13 FÍSICA II EPOTE DE LABOATOIO LABOATOIO Nro. : Ley de Ohm. Crcutos eléctrcos en Corrente Contnu. Apelldo y nombre: Crrer IAL IE IEM II IQ Medcones [volt] lor de l resstenc del resstor # [volt] [mp] Por gráfc Medcones # [volt] [mp] Fgur [volt]. L corrente en un tubo l vcío tpo ª en funcón de l dferenc de potenc. Este conductor no obedece l ley de Ohm [mper] [mper] = elcón / = = Por medcón drect (multímetro) Por dentfccón: (mednte códgo de colores) Color er núm. = lor de l resstenc de l lámpr ncndescente Por gráfc = elcón / = = Por medcón drect (multímetro) Por cálculo ndrecto Potenc (P) = Corrente () = Tensón () = = /P = Color do núm. Color Multpl. FTPLL- W A = / Color Tolern. Asstenc Fech / / Aprobdo Fech / / eporte de Lbortoro Ley de Ohm. Crcutos eléctrcos en CC Lbortoro / eporte /

14 CICUITO EN SEIE CICUITO EN PAALELO lores Meddos Clculdos b lores Meddos Clculdos b Códgo colores Multímetro (clculr después de clculr, y ) Códgo colores Multímetro (clculr después de clculr, y ) [] []= T [] T [] [] [] eq[] I T [A] [] = [] T []= [] T T [] T [] T [] T eq eq= + + [] eq [] [] T T eq eq[] eq= eq= eq= eq= T T [A] = T [olt] olt T T eq eq [olt] [olt] T [olt] = I [A] T [A] [olt] T [olt]= I [A] T [A] [olt] T [olt] = I [A] T [A] T [olt] T=t T. eq [olt t= + + [olt T [A] T T= 4.5 volt T= T= T= T eq [A] T= + + [A]