Laboratorio Física II Práctica Nº 3 LEY DE OHM Y CIRCUITOS ELÉCTRICOS

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA MUNICIPALIZACIÓN TOCÓPERO ÁREA DE TECNOLOGÍA COORDINACIÓN DE LABORATORIOS DE FÍSICA Laboratorio Física II LEY DE OHM Y CIRCUITOS ELÉCTRICOS Adaptado por: Oscar Medina Arias Rosangelica Medina Arias Abril del 2017 Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 1 de 17

2 LEY DE OHM Y CIRCUITOS ELÉCTRICOS OBJETIVO GENERAL Revisado por: Ing. Sandy Morales, Ing. Gixxis Clara, Ing. Carlos Calanche, Ing. Fermín Díaz Verificar el enunciado de la Ley de Ohm mediante un circuito básico y estudiar el comportamiento de propiedades eléctricas en circuitos en serie, paralelo y combinado. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Determinar el valor de resistencia nominal mediante el código de colores. Determinar la intensidad de corriente con el amperímetro analógico. Determinar la tensión de voltaje con el multímetro digital. Calcular el valor de la resistencia real aplicando la Ley de Ohm. Calcular el porcentaje de error entre el valor real obtenido y el valor nominal de la resistencia. Realizar un gráfico V vs I Estudiar el comportamiento de intensidad de corriente, tensión de voltaje y resistencia en un circuito en serie. Estudiar el comportamiento de intensidad de corriente, voltaje y resistencia en un circuito en paralelo. Estudiar el comportamiento de corriente, diferencia de potencial y resistor en un circuito serieparalelo. MARCO TEÓRICO La LEY DE OHM es una de las leyes básicas más importantes de la teoría eléctrica ya que describe la relación entre tensión, corriente y resistencia. La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación: Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 2 de 17

3 (Ecuación 1) Donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que: I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω). CORRIENTE ELÉCTRICA (I). La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. Su símbolo es I, se mide en Amperio y el símbolo normalizado para la unidad es A. Para medir la intensidad de corriente se utiliza el amperímetro conectándolo en serie. Se debe observar la polaridad para el caso de corriente continua (C.C) Ver figura N 1. DIFERENCIA DE POTENCIAL (V). La tensión, voltaje o diferencia de potencial es una magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. La diferencia de potencial, también se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico, sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro; puede ser una batería, una pila, un dinamo, un enchufe, una celda solar, entre otros. Su símbolo es V o E, se mide en Voltios y el símbolo normalizado para la unidad es V. El voltímetro se conecta siempre en paralelo. Como se muestra en la Figura N 2, se debe observar la polaridad para el caso de corriente continua (C.C). Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 3 de 17

4 RESISTENCIA (R). Se denomina resistencia eléctrica, a la dificultad u oposición que presenta un cuerpo al paso de una corriente eléctrica para circular a través de él. El resistor es uno de los componentes de mayor uso en los circuitos eléctricos el cual se denota con la letra R. La unidad de Resistencia es el ohm, el símbolo normalizado para dicha unidad es la letra griega (Ω). El óhmetro se conecta en paralelo con el elemento resistivo a medir, dicho elemento no debe estar conectado al circuito de lo contrario puede ocurrir un error en la medición, como se muestra en la Figura N 3. Figura 3. Medición de la Resistencia Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 4 de 17

5 CIRCUITO ELÉCTRICO Es la combinación de componentes eléctricos conectados entre sí y a una fuente de tensión, la cual suministra energía eléctrica al circuito. El circuito eléctrico más simple posee una fuente de tensión conectada a una carga. La carga puede ser un resistor, una lámpara eléctrica o cualquier otro componente eléctrico. La carga es así llamada porque carga la fuente de tensión absorbiendo energía eléctrica. La representación de un circuito eléctrico por medio de un dibujo representativo, que lo muestra tal como es, es difícil y trabajosa. en lugar de ello, en la práctica se acepta asignar a cada componente del circuito eléctrico un símbolo convencional. La descripción l circuito eléctrico por medio de estos símbolos es un Diagrama esquemático del circuito eléctrico. La figura 4 Muestra un circuito eléctrico tal como aparece en la realidad y el diagrama esquemático. Figura 4. Circuito Eléctrico. Dibujo real y Diagrama esquemático TIPOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS Circuito En Serie: Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencialmente. El terminal de salida de un dispositivo se conecta al terminal de entrada del dispositivo siguiente, por ejemplo, el terminal positivo de una pila eléctrica se conecta al terminal negativo de la pila siguiente, con lo cual entre los terminales extremos de la asociación se tiene una Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 5 de 17

6 diferencia de potencial igual a la suma de la de ambas pilas. Esta conexión de pilas eléctricas en serie da lugar a la formación de una batería eléctrica. Para una combinación en serie de dos o más resistores (ver Figura Nº 4), las corriente es la misma en dichos resistores, ya que la cantidad de carga que pasa a través de cada resistor es la misma en el mismo intervalo de tiempo. I t = I 1 = I 2 (Ecuación 1) La diferencia de potencial total en una combinación de resistores en serie es igual a la suma de los voltajes de cada uno de los resistores que forman dicha combinación. V t = V 1 + V 2 + V n (Ecuación 2) La resistencia total de una conexión en serie de resistores es la suma de las resistencias individuales y siempre es mayor a cualquier resistencia individual. R t = R 1 + R 2 + R n (Ecuación 3) Figura 4. (a) conexión en serie de dos bombillos. (b) Diagrama de circuitos de dos resistores Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 6 de 17

7 Circuito En Paralelo: El circuito paralelo es una conexión donde, los bornes o terminales de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida. (Ver Figura Nº 5). Figura 5. (a) conexión en paralelo de dos bombillos. (b) Diagrama de circuitos de dos resistores La corriente total en una combinación de resistores en paralelo es igual a la suma de las corrientes de cada uno de los resistores que forman dicha combinación. I t = I 1 + I 2 (Ecuación 4) Cuando los resistores están en paralelo el voltaje es el mismo en cada resistor V t = V 1 = V 2 = V n (Ecuación 5) La resistencia total de dos o más resistores en paralelo está dada por: (Ecuación 6) Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 7 de 17

8 De esta expresión se ve que el inverso de la resistencia total de dos o más resistores conectados en paralelo es igual a la suma de los inversos de las resistencias individuales. Además, la resistencia total siempre es menor que la resistencia más pequeña en el grupo. Circuito Mixto O Combinado Es una combinación de elementos tanto en serie como en paralelos. Para la solución de estos problemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran en serie y en paralelo para finalmente reducir a la un circuito puro, bien sea en serie o en paralelo. (Ver figura 6). Figura 6. Circuito Mixto PRE LABORATORIO De acuerdo a los datos que se aportan, calcule el valor a las siguientes Resistencias: a) V1 = 2 V y I1 = 1,81 ma R1 =? b) V2 = 1,77 V y I2 = 0,8 ma R2 =? Qué desventajas presenta la Ley de Ohm? En la siguiente figura se muestra un circuito con errores y simbología faltante, corrígelo y haz el diagrama correcto. Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 8 de 17

9 Cómo es el sentido de la corriente eléctrica en un circuito? Por qué? Haz un diagrama de un circuito que contenga: una resistencia, una lámpara, un interruptor, un amperímetro, un voltímetro y una fuente. Cuando una lámpara dada está conectada a una batería que se le aplica una diferencia de potencial (tensión) de 6 V, se observa que su filamento es recorrido por una corriente de 2 A. Calcular: a) la resistencia de su filamento b) si dicha lámpara es conectada ahora a un voltaje de 1,5 V Qué intensidad de corriente circula por su filamento? c) Si la lámpara es conectada ahora a otra fuente de tensión entonces por su filamento circula una corriente de 1,5 A. Qué diferencia de potencial actúa ahora sobre la lámpara? Si la resistencia de un circuito se reduce a ¼ de su valor original, Qué le sucede a la corriente si la tensión de la fuente no cambia? Cómo conectaría a los resistores de manera que la resistencia equivalente fuera mayor que la resistencia individual más grande? De un ejemplo con tres resistores. Cuándo los resistores están conectados en paralelo, Cuál de los siguientes conceptos seria el mismo para cada resistor: diferencia de potencial, resistencia o corriente? Un cortocircuito está conectado en serie o en paralelo en relación con el aparato que protege? Mencione ejemplos de conexiones en serie y en paralelo en la vida cotidiana. Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 9 de 17

10 Si se conectan dos resistores en paralelo, se obtiene una resistencia total de 4/3 Ω cuando se conectan en serie, se obtiene una resistencia total de 6 Ω. Cuál es el Valor de la Resistencia de cada uno de ellos? Al siguiente circuito que se muestra a continuación, Determine: a) La Resistencia total del circuito b) La corriente que circula por cada resistor. c) La diferencia de potencial en el Resistor 3 MATERIALES Y EQUIPOS. Protoboard. Caja de componentes. Multímetro Digital DT 830. Multitester Analógico PBMT01. Fuente de alimentación (Cargadores de 5.3, 6 y 9V). Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 10 de 17

11 DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA PRÁCTICA EXPERIENCIA Nº 1. Construir un circuito como el mostrado en la figura Nº 7: Figura 7. Circuito básico Ley de Ohm Seleccionar cuatro diferentes valores de resistencias. Para cada valor de resistencia, establecer cuatro pares de valores de intensidad de corriente (I) y voltaje (V) con los instrumentos de medición. Esto se logra cambiando el valor de voltaje (V) y observando el nuevo valor de intensidad de corriente (I). Con los valores obtenidos en las mediciones llenar la tabla de resultados. Calcular el valor real de las resistencias mediante la Ley de Ohm y compararlo con el valor nominal de dichas resistencias. Para cada valor de resistencia, realizar una gráfica V vs I en papel milimetrado y responda las siguientes interrogantes: a) Qué forma tiene la gráfica? b) Qué representa la pendiente? c) Cuál es la gráfica más pronunciada? Cuál será la menos pronunciada? d) Cómo se explica el comportamiento de estas gráficas? Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 11 de 17

12 EXPERIENCIA Nº 2.- CIRCUITO EN SERIE. Una vez preparados los equipos necesarios, se deben seguir las siguientes instrucciones: Construir un circuito como el presentado en la Figura Nº 8. Figura 8. Circuito en serie Seleccionar 2 resistencias R de la caja de componentes. Establecer un valor en la fuente de alimentación (cargador) y medir los valores de V1 y V2 en las resistencias, y el voltaje total del circuito. Medir con el multitester analógico la corriente It en el circuito. Medir con el multímetro digital la resistencia Rt en el circuito. Cambiar el valor de la fuente de alimentación (cargador) y repetir el procedimiento. Utilizar esta información para rellenar la Tabla Nº2. EXPERIENCIA Nº 3.- CIRCUITO EN PARALELO: Cambiar el circuito por uno del tipo representado en la figura Nº 9, utilizando las mismas resistencias del experimento anterior. Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 12 de 17

13 Figura 9. Circuito en Paralelo Establecer un valor para la fuente de alimentación (cargador). Medir con el amperímetro analógico las corrientes I1, I2 e It. Medir con el multímetro digital la resistencia Rt en el circuito. Cambiar el valor de la fuente de alimentación (cargador) y repetir el procedimiento. Utilizar esta información para rellenar la Tabla Nº 3. EXPERIENCIA Nº 4.- CIRCUITO COMBINADO: Cambiar el circuito por uno mostrado como en la figura Nº 10, agregando una tercera resistencia a las dos ya establecidas. Figura 10. Circuito Combinado Establecer el valor de Lafuente de alimentación (cargadores) Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 13 de 17

14 Medir con el amperímetro la corriente It, del circuito y la corriente de cada resistor. Medir los valores de V1 y V2, V3 y el Voltaje total del circuito. Repetir el procedimiento para otro valor de otra fuente de alimentación (cargador) Utilizar esta información para rellenar el cuadro Nº 4. RESULTADOS DE LA EXPERIENCIA PRÁCTICA TABLA Nº 1.- CIRCUITO BÁSICO LEY DE OHM: Valor nominal de R (Ω) Intensidad de corriente (ma) Voltaje (V) Valor real de R (Ω) Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 14 de 17

15 TABLA Nº 2.- CIRCUITO EN SERIE: Fem R 1 (Nominal) R 2 (Nominal) R t MAGNITUD DE MEDIDA Rt V t V t (Calculada) (Calculado) V 1 V 2 I t TABLA Nº 3.- CIRCUITO EN PARALELO MAGNITUD DE MEDIDA R 1 (Nominal) R 2 (Nominal) R t R t (Calculada) V t V 1 V 2 I t I t (Calculado) I 1 I 2 TABLA Nº 4.- CIRCUITO COMBINADO MAGNITUD DE MEDIDA R 1 (Nominal) R 2 (Nominal) R 3 (Nominal) R t R t (Calculada) V 1 V 2 V 3 V t V t (Calculado) I 1 I 2 I 3 I t I t (Calculada) Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 15 de 17

16 BIBLIOGRAFÍA Debel E., Caguao A. y Vargas E. Laboratorio de Física II. Electricidad y Magnetismo. Práctica Nº 4. Mediciones eléctricas y Ley de Ohm en Circuitos DC Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Núcleo El Sabino. Punto Fijo, Falcón. Pérez R. Laboratorio Física II. Práctica Nº 2 Ley de Ohm Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Núcleo Los Perozos. Santa Ana de Coro, Falcón. Pérez R. Laboratorio Física II. Circuitos en Serie, Paralelo y Combinado Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Núcleo Los Perozos. Santa Ana de Coro, Falcón. Rojas, D. Teoría y Práctica de Física Décima edición. Barquisimeto, Lara. Página web consultada: ANEXO A Símbolos Estándar de los Componentes de un Circuito Eléctrico Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 16 de 17

17 ANEXO B Código de Colores Adaptado por: Medina Arias Abril del 2017 Página 17 de 17