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1 DOCENTE: TEMA: TURNO: ALUMNOS: UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA LABORATORIO Nº 4 FISICA III CICLO: 2009-A JUAN MENDOZA NOLORBE LEY DE OHM 92G BULNES TIJERO, David CASTILLO ALDANE, Percy GAMARRA QUISPE, Saúl Abel GUERRA POMA, Luis NAVARRO VELASQUEZ, Daniel LIMA - PERU MAYO J E H J K

2 ÍNDICE GENERAL INTRODUCION OBJETIVOS EXPERIMENTO FUNDAMENTO TEORICO: TIPOS DE CIRCUITOS A CONSIDERAR: CIRCUITO EN SERIE CIRCUITO EN PARALELO EN NUESTRO CASO UNA FUENTA VARIABLE: PROCESO EXPERIMENTAL: DISEÑO: EQUIPOS Y MATERIALES: VARIABLES INDEPENDIENTES VARIABLES DEPENDIENTES: PROCEDIMIENTO CUESTINARIO CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA...12 Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 1

3 LEY DE OHM 1. OBJETIVOS Introducir al estudio de circuitos elementales. Verificar experimentalmente la ley de Ohm para un trozo de conductor utilizando para este fin valores constantes para la resistencia, luego par el voltaje y por ultimo para la intensidad de corriente. Pretender 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. Se pretende familiarizarse con los instrumentos y hacer un correcto uso de ellos. 2. EXPERIMENTO 2.1 FUNDAMENTO TEORICO: El termino corriente eléctrica, o simplemente corriente, se emplea para describir la tasa de flujo de carga que pasa por alguna región de espacio La corriente continua es un movimiento de electrones. Cuando los electrones circulan por un conductor, encuentran una cierta dificultad al moverse. A esta "dificultad" la llamamos Resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica de un conductor depende de tres factores que quedan recogidos en la ecuación que sigue: Un campo eléctrico puede existir en el conductor en este caso debido a que estamos tratando con cargas en movimiento, una situación no electrostática. Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 2

4 Considere un conductor de área transversal A que conduce una corriente I. La densidad de corriente J en el conductor se define como la corriente por unidad de área. Donde J tiene unidades del Sistema Internacional A/m2. La expresión es válida sólo si la densidad de corriente es uniforme y sólo si la superficie del área de la sección transversal A es perpendicular a la dirección de la corriente. Es muy común que la densidad de corriente sea proporcional al campo eléctrico. Donde la constante de proporcionalidad σ recibe el nombre de conductividad del conductor I= ƒj.n.da n= vector unitario normal J= I/A J= densidad de corriente J= σ.e σ = Conductividad del conductor También: E = d.j d = Resistividad Ahora consideremos un trozo de un de conductor: Fig. Nº1: Trozo de un conductor Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 3

5 Una forma de la ley de Ohm útil en aplicaciones prácticas puede obtenerse considerando un segmento de un alambre recto de área de sección transversal A y longitud e. Una diferencia de potencial V =Vb Va se mantiene a través del alambre, creando un campo eléctrico en éste y una corriente. Se cumple que: V=(d.L / A).I = R.I Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el siguiente triángulo que tiene mucha similitud con las fórmulas analizadas anteriormente. Triángulo de la ley de Ohm V=IxR I=V/R R=V/I Fig. Nº2: Ley de Ohm Se dan 3 Casos: Con la resistencia fija. La corriente sigue a la tensión. Un incremento en la tensión, significa un incremento en la corriente y un incremento en la corriente significa un incremento en la tensión. 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. Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 4

6 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. 2.2 TIPOS DE CIRCUITOS A CONSIDERAR: CIRCUITO EN SERIE Fig. Nº3: Circuito en Serie CIRCUITO EN PARALELO Fig. Nº4: Circuito en Paralelo Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 5

7 2.2.3 EN NUESTRO CASO UNA FUENTA VARIABLE: Fig. Nº5: Circuito con fuente variable 2.3 PROCESO EXPERIMENTAL: Realizaremos algunas actividades en el campo de la electricidad como, en este caso para la ley de Ohm armamos el circuito de acuerdo al esquema mostrado en el diseño. Con la ayuda del potenciómetro vamos a variar la intensidad de corriente I y la diferencia de potencial V. Los resultados serán anotados correspondientes a la tabla DISEÑO: Fig. Nº6: Diseño del circuito Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 6

8 4. EQUIPOS Y MATERIALES: Un potenciómetro de 50 Ω. Una caja de resistencias. Cables de conexión con cabeza tipo cocodrilo Un reóstato. Una fuente de voltaje. Un amperímetro. Un voltímetro. 5. VARIABLES INDEPENDIENTES La resistencia que se obtuvo gracias al reóstato que actuó como resistencia fija. 6. VARIABLES DEPENDIENTES: Serian el voltaje (V) y la corriente (I), medidas con el voltímetro y amperímetro respectivamente. 7. PROCEDIMIENTO Procedemos a calibrar los instrumentos de medición, luego armamos el circuito de acuerdo al diseño. Se realiza la experimentación. Manteniendo constante la resistencia, con la ayuda del primer reóstato variar la corriente y la diferencia de potencial. Los diversos valores que nos da la lectura del amperímetro y voltímetro se anotan en la tabla Nº 1. Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 7

9 7.1 MEDICIONES 7.2 Mediciones Directas Tabla Nº 1 R = 7 Ohms Nº V(mV) I(mA) Mediciones indirectas Nº Resistencias (Ω) Resistencia Promedio: 6.48 Ω Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 8

10 7.4 Error Experimental % = 15.43% Grafica en papel milimetrado Fig. Nº7: Grafica V vs I Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 9

11 7.6 Análisis de datos Al aumentar la corriente eléctrica Cómo varia la diferencia de potencial para una resistencia constante? La diferencia de potencial disminuye ya que según la formula V = ir, es directamente proporcional a la corriente cuando se mantiene constante la resistencia Para que materiales se cumple Ley de Ohm y en que condiciones puede no cumplirse? La ley de Ohm, es una propiedad específica de ciertos materiales, y no una ley general del electromagnetismo, como los es, por ejemplo, la ley de Gauss. La ley de Ohm depende del material de la resistencia y donde a la vez dicha resistencia se mantiene con un valor constante donde lo que se puede hacer variar es la tensión para poder hacer así relacionar óptimamente las variables que nos conduzcan a analizar la proporcionalidad y los inversos entre las variables que son voltaje y corriente, y la constante que es la resistencia. Los materiales que cumplen con la relación lineal de Ohm reciben el nombre de materiales ohmicos, mientras que a los materiales que no cumplen con la ley de Ohm se les llama materiales no ohmicos. 8. CUESTINARIO 8.1 Como varia la diferencia de potencial entre los terminales de una fuente al aumentar la densidad de la corriente? Por qué? Según la ley de Ohm para un trozo de conductor ( V = ρlj ) se puede apreciar que la densidad de la corriente en directamente proporcional a el voltaje o a la diferencia de potencial, esto quiere decir que si aumenta la densidad de corriente, aumenta el diferencial de potencial. 8.2 Analizar la diferencia entre resistividad y resistencia. Todas las sustancias se oponen en mayor o menor grado al paso de la corriente eléctrica, esta oposición es a la que llamamos resistencia eléctrica. A los materiales buenos Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 10

12 conductores de la electricidad tienen una resistencia eléctrica muy baja, los aisladores tienen una resistencia muy alta. Se le llama resistividad al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos. Se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohms por metro (Ω m, a veces también en Ω mm²/m). En conclusión la resistivilidad es una propiedad del material y la resistencia es una propiedad del objeto. 8.3 Explique la semejanza de conductividad eléctrica con la conductividad térmica. La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él. Varía con la temperatura. Es una de las características más importantes de los materiales. La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. En conclusión las semejanzas son que las dos varían conforme aumenta la temperatura y que las dos son dos formas de cómo pasa diferentes formas de energías por diferentes cuerpos. 8.4 Analizar las conducciones eléctricas en los metales. La conducción eléctrica es el movimiento de partículas eléctricamente cargadas a través de un medio de transmisión (conductor eléctrico). El movimiento de las cargas constituye una corriente eléctrica. El transporte de las cargas puede ser a consecuencia de la existencia de un campo eléctrico, o debido a un gradiente de concentración en la densidad de carga, o sea, por difusión. Los parámetros físicos que gobiernan este transporte dependen del material en el que se produzca. Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 11

13 La conducción en metales y resistencias está bien descrita por la Ley de Ohm, que establece que la corriente es proporcional al campo eléctrico aplicado. Los metales son buenos conductores de la electricidad y del calor porque tienen espacios sin rellenar en la banda de energía de valencia. En ausencia de campos eléctricos, la conducción eléctrica se produce en todas direcciones a velocidades muy elevadas. Incluso a la temperatura más fría posible - en el cero absoluto - la conducción eléctrica puede aún darse. Cuando se aplica un campo eléctrico, un ligero desequilibrio desarrolla un flujo de los electrones móviles. Los electrones de esta banda pueden verse acelerados por el campo porque hay multitud de estados cercanos sin rellenar en la banda. 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Realizar la conexión de los instrumentos para protección de ellos mismos Reconocer el orden y funcionamiento del potenciómetro y sus tres terminales. Los resultados teóricos de los valores de las distintas resistencias han sido satisfactorios lo que nos lleva a la conclusión de que la ley de Ohm se cumple claramente en las experiencias llevadas a cabo. 10. BIBLIOGRAFIA Resnick Halliday. Física Parte II. Editorial Continental. Edición Actualizada España. Pág Humberto Leyva Naveros, Electrostática y Magnetismo, Ed. Publicaciones Moshera, 1999, Lima, Pag: Física Tomo II Raymond A. Serway Experiencia Nº 4 Ley de Ohm 12