Práctica: Ley de Ohm en corriente continua

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1 Práctica: Ley de Ohm en corriente continua Introducción El estudio de la ley de Ohm y lo circuitos de corriente continua es un excelente método para aprender a manejar conexiones e instrumentos de medida como el voltímetro, amperímetro y fuente de alimentación y darse cuenta de lo fácil que es confundir una conexión, con lo que la experiencia no funciona. Esto pone de manifiesto la necesidad de tener un esquema del montaje antes de iniciar cualquier manipulación. Mediante el análisis y preparación de esta práctica los alumnos tienen que hacer muchas medidas de voltaje, intensidad y resistencia, por lo que van a adquirir cierta soltura en el manejo del polímetro. Asimismo les va a permitir darse cuenta de la necesidad de tabular todas las medidas realizadas para luego hacer su representación gráfica y la ecuación correspondiente. Objetivos a) Comprobar la ley de Ohm b) Adquirir cierta soltura en el manejo del polímetro, como voltímetro y amperímetro. Cuestiones previas Desde antes de Franklin la materia se ha dividido en dos clases en relación con la electricidad: conductores y no conductores o aislantes. Este nombre fue dado por el físico francés J.T. Desaguliers ( ). No obstante, no hay conductores y aislantes en sentido absoluto. Así el aire que para potenciales bajos es aislante se puede convertir en conductor para voltajes altos ( o lo que es lo mismo para intensos campos eléctricos). En efecto, el aire a 1 atmósfera cuando es sometido a una intensidad de campo 3000kV/m se hace conductor. Esta magnitud se llama rigidez dieléctrica. Por esta razón el potencial de descarga de un rayo es de varios millones de voltios. Para estudiar la ley de Ohm vamos a elegir dentro de la clase de los conductores aquellos que lo sean en mayor o menor grado, es decir, aquellos que se oponen menos o más al paso de la corriente. A esa oposición al paso de la corriente se le llama resistencia (R). Vamos a tratar de ver, mediante la siguiente experiencia, que relación existe entre el voltaje a que se somete un conductor y la intensidad que circula por él. Después trataremos de ver la misma relación pero teniendo en cuenta la naturaleza y características del conductor. Señala algún material conductor y aislante? Qué diferencia a un conductor de un aislante desde el punto de vista de su configuración electrónica? Puesto que los aislantes no conducen la corriente no son importantes en electricidad? Reflexiona sobre ello. Hipótesis. A) Al aumentar la d.d.p. (diferencia de potencial) entre los extremos de un conductor cómo variará la intensidad? PRÀCTIQUES DE FÍSICA PER A ESTUDIANTS DE BATXILLERAT A LA UMH D'ELX

2 B) Si modificamos las características del conductor o el tipo de conductor cómo cambiará la relación entre el voltaje ( d.d.p.) y la intensidad? C) Si mantenemos voltaje constante y variamos la resistencia del conductor qué ocurrirá con la intensidad que circule por el conductor? Material y montaje. Fuente de alimentación. Polímetro. Resistencias de 220 ohmios, 470ohmios y1 k ohmios. Placa de montaje Cables y puente de conexión. Interruptor. Comprobación de las hipótesis A y B Montaje 1: Conectamos en serie, resistencia de 220 ohmios, amperímetro ( o polímetro funcionando como amperímetro) e interruptor. Este montaje se conecta a la fuente de alimentación de voltaje variable ( 0 / 15 voltios). Esquema: Hacemos cinco medidas con la resistencia de 220 ohmios a distintos voltajes y anotamos los valores en una tabla V / A. esta operación se repite con las resistencias de 470 y 1k ohmios. V(V) I (A) V(V) I (A) V(V) I (A) Hacer una gráfica en papel milimetrado de cada una de las tablas. También puedes utilizar una hoja de cálculo de Excel Qué es la gráfica resultante? Qué podemos PRÀCTIQUES DE FÍSICA PER A ESTUDIANTS DE BATXILLERAT A LA UMH D'ELX

3 decir de la relación V/I en cada caso? Qué relación existe entre la pendiente de la gráfica encontrada y el valor de cada una de las resistencias? Serías capaz de escribir la relación entre las tres magnitudes ( voltaje, intensidad y resistencia)? Comprobación de la hipótesis C Mantenemos constante el voltaje, por ejemplo 12 V. conectamos sucesivamente las resistencias y anotamos los resultados de la intensidad en una tabla R/I. R( Ω) I ( A) Cuestiones Representa gráficamente la tabla anterior Qué es la gráfica resultante? Qué podemos decir de la relación R/I en este caso? Según esta gráfica, escribe la ecuación que relaciona las tres magnitudes (voltaje, intensidad, resistencia). Si sólo disponemos de tres resistencias y tres puntos no son suficientes para trazar la gráfica, cómo podemos hacer para disponer de más puntos para trazar la gráfica. Recursos de Internet Ohtm. Ciencia, técnica y sociedad Valorar la importancia de las resistencias en la fabricación de cualquier instrumento eléctrico, tan utilizados en la sociedad actual. Reflexionar sobre el hecho de que la energía eléctrica es la base de los medios que la sociedad actual dispone para producir confort y progreso, desde la luz eléctrica a los ordenadores. PRÀCTIQUES DE FÍSICA PER A ESTUDIANTS DE BATXILLERAT A LA UMH D'ELX

4 Final Elabora un informe final per a penjar-lo en la web de la universitat. Aquest ha d incloure com a mínim el següent (les indicacions de l annex et poden orientar): Títol de l experiència (curt i que indique clarament de què tracta). Fotografia dels components del grup, noms i lloc on estudieu. Introducció (objectiu, data, on heu fet l'experiència...) Fonament teòric (resum teòric del fenomen estudiat) Hipòtesi (què espereu obtindre, quines variables considerareu i com espereu que es comporten...) Disseny experimental (esquema del muntatge, fotografia, característiques, materials...) Procediment (explicar les accions realitzades, incloent les observacions que considereu importants) Mesures i càlculs (taules de valors, magnituds, unitats,i representacions gràfiques...) Resposta a les qüestions finals Conclusions (què s'ha demostrat, quines avantatges i inconvenients té vostre disseny experimental i el vostre mètode, altres qüestions relacionades que proposaríeu per a ampliar la investigació...) Bibliografia consultada en la forma següent: Cognom, nom (any de publicació), títol del llibre en cursiva, Editorial, ciutat de publicació, pàgina on està la informació - Si la font d'informació és Internet, cal incloure l'adreça electrònica. Annex: ajuda per a elaborar l informe final Accions que he de fer 1. Escollir un títol per a l informe 2. Identificar l objectiu principal Estarà ben fet si... està d acord amb l experiència resumeix l objectiu principal és suggeridor 2.1 està d acord amb les finalitats del treball realitzat 2.2 comença amb un verb 3. Plantejar la hipòtesi 3.1 s indiquen les variables dependent i independent 3.2 s indiquen les variables que es controlen 3.3 es redacten utilitzant la forma: Si... aleshores Indicar els materials i instruments utilitzats en l experiència 5. Descriure el procediment seguit 6. Transcriure les observacions i les dades 4.1 s anoten tots 4.2 s anomenen correctament 5.1 està d acord amb la hipòtesi 5.2 es descriuen els diferents passos en paràgrafs separats 5.3 els paràgrafs són curts, precisos i concisos 5.4 s acompanya amb esquemes 6.1 són sistemàtiques en relació amb la variable independent 6.2 s utilitzen taules i quadres PRÀCTIQUES DE FÍSICA PER A ESTUDIANTS DE BATXILLERAT A LA UMH D'ELX

5 6.3 es visualitzen fàcilment 6.4 inclouen observacions sobre aspectes divergents o d altres 7. Transformar les dades 7.1 si permeten visualitzar i arribar a conclusions en relació amb la hipòtesi plantejada 7.2 si s utilitzen gràfics o esquemes 8. Redactar les conclusions 8.1 responen a la hipòtesi 8.2 es relacionen amb aspectes teòrics que expliquen els resultats obtinguts 8.3 es diferencien les interpretacions personals de les que són acceptades científicament 8.4 en la redacció s utilitzen els termes científics adequats i sense errors 8.5 si les frases estan ben construïdes (atenció als connectors) 9. Revisar el text elaborat 9.1 es comprova que una persona que no ha fet l experiment el pot repetir 9.2 la presentació permet llegir fàcilment el text 9.3 la puntuació i l ortografia són correctes PRÀCTIQUES DE FÍSICA PER A ESTUDIANTS DE BATXILLERAT A LA UMH D'ELX