Instrumentación y Ley de OHM A) INSTRUMENTACIÓN 1. OBJETIVOS. 1. Conocer el manejo de instrumentos y materiales de uso corriente en los experimentos de electricidad y magnetismo. 2. Conocer el área de operación de los instrumentos y determinar sus lecturas. 3. Aprender a montar circuito sencillo y medición de tensión y corriente eléctrica. 4. Identificación de los valores de resistencia. 2. MATERIALES. SISTEMA UNITR@IN.- En el cual podemos tener los Instrumentos Virtuales como una fuente de corriente continua, voltímetro, amperímetro, osciloscopio. 3,. FUNDAMENTO TEORICO CORRIENTE ELÉCTRICA Los electrones se pueden mover con mayor velocidad mientras mayor sea la intensidad de la tensión aplicada y menor sea la resistencia que la red de átomos oponga a su paso. La intensidad de corriente I se define como la carga Q que fluye por unidad de tiempo a través de una sección transversal del conductor, esto es: La unidad con la que se designa la intensidad de la corriente es el amperio (que se abrevia con A). Para la resolución de ejercicios y el análisis de circuitos se suele tomar este último sentido de circulación de la corriente (positivo a negativo) ya que facilita el cálculo y se lo llama sentido técnico. El otro, llamado sentido físico, corresponde al movimiento de los electrones.
4.- PROCEDIMENTO Circuito sencillo de corriente En el siguiente experimento se debe mostrar, en primer lugar, que una corriente puede circular cuando el circuito de corriente se encuentra cerrado. Coloque una fuente de tensión continua de 5 V se activa automáticamente una vez que la tarjeta se ha insertado en el experimentador. Una lámpara incandescente servirá como carga de este circuito. El circuito de corriente se puede abrir o cerrar por medio de la inserción de diferentes conectores. MEDICIÓN DE TENSIÓN La tensión eléctrica se mide con el voltímetro analógico o uno digital. La siguiente representación muestra el símbolo gráfico de un voltímetro. El diagrama de la izquierda representa, en este caso, la conexión del voltímetro para la medición de la tensión de la fuente; el del centro, la conexión para la medición de la tensión a través del interruptor y, finalmente, el de la derecha, la conexión para la medición de la tensión de carga.
Medición directa de la corriente eléctrica La corriente eléctrica se mide con un amperímetro. El diagrama siguiente presenta diferentes posibilidades de integrar el amperímetro al circuito mostrado Medición indirecta de corriente Si no se tiene a disposición un amperímetro, sino únicamente un voltímetro, se puede determinar también de manera indirecta la intensidad de la corriente por medio de una medición de tensión. Para ello se aprovecha la relación que existe entre la corriente y la tensión en una carga, esto es, la ley de Ohm. La intensidad de corriente I que nos interesa se obtiene entonces a partir de la ecuación: La imagen de la izquierda muestra la medición directa de corriente por medio de un amperímetro, la de la derecha, la medición indirecta por medio de una resistencia RM y un voltímetro. Resistencia eléctrica Si una corriente eléctrica circula a través de un conductor, los portadores de carga libres (electrones libres) se mueven entre los átomos de la red. En este caso siempre se producen colisiones entre los átomos, por lo cual, los electrones libres se ven rechazados y, de esta
manera, se frena su movimiento. El conductor opone una resistencia a la corriente eléctrica que debe ser vencida por la tensión: La constante de material ρ indica la resistencia específica del material conductor en la unidad Ώ mm 2 /m, l es la longitud del conductor, en m, y A la sección transversal del conductor en mm 2. Diseños de las resistencias Las imágenes siguientes muestran los símbolos gráficos de diferentes tipos de resistencias. Resistencia común Resistencia variable Resistencia con contacto deslizante Codificación por colores de las resistencias El siguiente gráfico ilustra la codificación. Para la resistencia representada en la parte superior, a partir de los dos primeros aros (marrón y negro), se obtiene un valor decimal de 10 y, a partir del tercer aro (naranja) un factor de 10 3, con lo que se obtiene un valor total de resistencia de: R = 10 10 3 Ώ = 10000 Ώ = 10 k Ώ. En la resistencia representada al 1a cifra 2da cifra Factor Tolerancia inicio de la página, el aro derecho es de color dorado; la resistencia posee, por tanto, una tolerancia de ±5%. PROCEDIMIENTO
Llenar la tabla 1 con los valores de las resistencias del tablero de resistencias con sus respectivas tolerancias. 1 2 3 4 5 6 TABLA 1 1 BANDA 2 BANDA 3 BANDA 4 BANDA VALOR DE R La codificación de colores para la tolerancia está indicada en la siguiente tabla:
Resistencias SMD Las resistencias SMD o de montaje en superficie, ejercen la misma función que las tradicionales resistencias, pero su tamaño es minúsculo, adecuado para montar circuitos mucho más pequeños, con el mismo comportamiento, pero con el correspondiente ahorro de espacio.
LEY DE OHM 1.- OBJETIVOS - Verificar experimentalmente la ley de o - Ohm. - Obtener los datos de voltaje y corriente eléctrica en elementos resistivos con el fin de iniciar el estudio de circuitos eléctricos simples. - Diseñar y Montar circuitos eléctricos con resistencias en Serie, Paralelo. 2.-MATERIALES Fuente de voltaje, reóstato, década, multímetro, voltímetro, amperímetro, cables conectores 3.- FUNDAMENTO TEÓRICO Si se quiere resumir por medio del cálculo los procesos electrónicos que ocurren en un circuito sencillo de corriente, o en circuitos más complejos, es necesario conocer, por una parte, la dependencia que existe entre la intensidad de corriente I y la tensión U y, por otra parte, entre la corriente I y la resistencia R. Esta dependencia está descrita por la ley de Ohm, que debe su nombre al famoso físico alemán. Para ello se observará, en primer lugar, el circuito sencillo de corriente representado anteriormente. Ley de Ohm: La intensidad de corriente I aumenta si aumenta la tensión U y disminuye si aumenta la resistencia R. Aquí, la intensidad de corriente varía proporcionalmente a la tensión y de manera inversamente proporcional a la resistencia. La ley de Ohm se puede entonces expresar por medio de la siguiente fórmula: o y Nota: Las resistencias para las que es válida la ley de Ohm (esto es, la proporcionalidad entre la corriente y la tensión) se denominan resistencias óhmicas. Los conductores metálicos son, por lo general, resistencias óhmicas, mientras que, por ejemplo, las resistencias de fluidos conductores no cumplen con la ley de Ohm. 4.- PROCEDIMIENTO E
COMPROBACIÓN ANALÓGICA DE LA LEY DE OHM VARIACIÓN DE VOLTAJE Y CORRIENTE MANTENIENDO LA RESISTENCIA CONSTANTE + - r V R A Figura 1 1. Arme el circuito de la figura 1, teniendo en cuenta la polaridad correcta en cada elemento. 2. Fije un valor determinado de R en la caja de resistencia y con el cambio de posición del cursor en el reóstato r, haga posible la variación de la corriente I y la diferencia de potencial V. 3. En la tabla 1 anote las lecturas correspondientes del amperímetro y el voltímetro, para cada posición diferente del cursor del reóstato. TABLA 1 VOLTAJE(V) INTENCIDAD (A)
VARIACIÓN DE LA CORRIENTE Y LA RESISTENCIA MANTENIENDO CONSTANTE EL VOLTAJE 4.- Usando el mismo cursor de la figura 1, observe y anote en la tabla 2los valores de corriente cuando cambian los valores R de la caja de resistencia conservando constante la diferencia de potencial entre los terminales de la misma. Para conseguir esto varié la posición del cursor del reóstato para cada lectura. TABLA 2 RESISTENCIA ( ) INTENCIDAD (A) VARIACIÓN DE LA DIFERENCIA DE POTENCIAL Y LA RESISTENCIA MANTENIENDO CONSTANTE LA CORRIENTE 5.- Arme el circuito de la figura 2 varié los valores de las resistencias en la caja y para cada valor observado anote en la tabla 3 los valores del voltaje, conservando constante un determinado valor de la corriente para las distintas lecturas de V y R, variando la posición del cursor de reóstato. + - r V R A Figura 2
TABLA 3 RESISTENCIA ( ) VOLTAJE(V) Otra forma de hacer la demostración de la ley de Ohm pero con instrumentos virtuales Figura 2 TABLA 3 RESISTENCI A ( ) VOLTAJE(V) 5 CUESTIONARIO. 1.- Cuántas escalas poseen los instrumentos? (describa cada uno de ellos), indique su mínima y máxima lectura en cada escala. 2.- Investigue de qué otra manera se determina el valor de una resistencia. (Sin código de colores). 3.- Grafique en un papel milimetrado e intérprete V versus I, usando los valores de la tabla 1 determine el valor de la pendiente de la misma. 4.- Grafique e intérprete V versus I, I versus R y V versus R, en papel milimetrado, y compare los valores encontrados a partir del análisis del gráfico con los valores de de R, I y V de las tablas 1, 2 y 3.
5.- Considere una lámpara que tiene aproximadamente 50.5 y por la cual pasa una corriente de 25 m A Cuál es el voltaje aplicado? Se cumplirá la ley de ohm? 6.- Con respecto a la ley de Ohm podemos decir: i) Se cumple en materiales conductores y semiconductores ii) La pendiente de la gráfica voltaje vs. Intensidad da como resultado el valor de la resistencia iii) Que la ley de matemática que la gobierna es I = V / R y sirve tanto para corriente continua como alterna A) VVV B) VVF C) FVF D) VVV E) VFF 6.- SUGERENCIAS Y CONCLUSIONES