Laboratorio #4 Ley de Ohm Objetivo: Estudiar la relación entre la diferencia de potencial V y la intensidad de corriente I en una resistencia eléctrica R conectada en un circuito de corriente continua. Marco Teórico En este experimento queremos estudiar de manera experimental qué ocurre en un conductor con la corriente que circula por él al aplicarle un cierto voltaje. El fenómeno conocido como Ley de Ohm es concepto fundamental en el estudio de la electricidad, y relaciona el voltaje V aplicado a un conductor (en Volts), con la corriente I (en Amperes), esto es: V = R I (1) Siendo R la resistencia del conductor (en Ohms o Ω). I B S Figura 1: Circuito eléctrico con resistencia R, fuente de voltaje B y llave S. La relación R = V/I es una definición general de la resistencia de un conductor, aunque esta obedezca o no a la conocida ley de Ohm. La expresión V = RI no es un enunciado de esta ley; Usted debe tener presente que un conductor sigue la Ley de Ohm sólo si el gráfico V vs I es lineal, es decir, si R es independiente de V y de I. Existen conductores que no satisfacen esta relación lineal, debido a cambios en la resistencia por efectos principalmente relacionados con la temperatura del conductor debido al paso de la corriente a través de él. Es muy común que un novato en términos eléctricos espere que todos los elementos que conducen corriente eléctrica cumplan con la Ley de Ohm, sin embargo ello no es cierto en general. Ud. tendrá como misión comparar el comportamiento de una resistencia, de aquellas que se utilizan en electrónica, y de una ampolleta común. Ambas conducen corriente eléctrica, pero lo hacen del mismo modo? 1
Prelaboratorio 1.- Examine una ampolleta de las usadas en las casas. Qué características vienen especificadas en ella? Anote valores típicos para diferentes tipos de ampolletas. 2.- Averigue de qué parámetros depende la resistencia de un conductor. 3.- Busque ejemplos de elementos no-ohmicos y cómo es la curva de Voltaje vs Corriente asociada. 4.- Averigue como varía la resistencia de un conductor metálico con la temperatura. En particular, averigue datos para el Tungsteno (símbolo químico W, también llamado Wolframio), material con el cual generalmente está hecho el filamento de una ampolleta. 5.- Las resistencias que se usan en circuitos electrónicos comunes usan muchas veces un código de color. Imagine que le entregan una resistencia y no dispone de un multi-tester para obtener su valor, sin embargo se observa que tiene pintadas rayas con los siguientes colores: café, negro, rojo y dorado. Que representan los diferentes colores y cuál es el valor de la resistencia? Equipamiento - Circuito RLC, Pasco CI-6512 - Multi-tester - Amplificador de potencia, Pasco CI-6502 - Computador con interfaz Pasco Science Workshop - Ampolleta - Cables conectores Montaje Experimental 1.- Conecte el amplificador de potencia a uno de los canales análogos de la interfaz Pasco Science Workshop como se muestra en la Figura 1. Procure encender la interfaz antes de encender el computador (no encienda aún el amplificador de potencia). Multi-tester Amplificador de potencia, Pasco CI-6502 Circuito RLC, Pasco CI-6512 2
Figura 1: Montaje Experimental El experimento consiste en dos partes: Parte 1: Voltaje y Corriente a través de una resistencia de 10Ω Parte 2: Voltaje y Corriente a través de una ampolleta de 7.5V Parte 1: Resistencia Procedimiento Parte 1 1.- Mida la resistencia con un multi-tester (pida asistencia a su profesor). Este valor será su valor de referencia. 2.- Conecte la resistencia a los bornes de salida del amplificador de potencia.luego conecte el conector análogo del amplificador a uno de los canales análogos de la interfaz. Seleccione del menú de sensores Amplificador de Potencia (power amplifier) en el canal que realizó la conexión. Aparecerá la ventana de generador de señales (signal generator). Coloque los siguientes parámetros: 3 V 0.1 Hz Figura 2: Ventana del Generador de Señales (Signal Generator) Señal de salida: AC waveform, onda triangular Amplitud: 3 Volt Frecuencia: 0.1 Hz 3.- Seleccione el botón AUTO de modo que comenzará a producir o parará la señal cuando se inicie o finalice la toma de datos. 4.- Abra el modo osciloscopio (Scope) y seleccione el Voltaje de Salida (Output Voltaje) y la Corriente del Canal análogo conectado En el icono del eje vertical seleccione Voltaje de Salida (voltaje), y seleccione 1V/div En el segundo icono del eje vertical (corriente), y seleccione 1 V/div. 3
En el icono del eje horizontal seleccione la velocidad de barrido 500 ms/div. 5.- Presione START para iniciar el proceso de recolección de datos, y STOP para terminar. 6.- Transfiera los datos de corriente y voltaje para que queden registrado Abra un gráfico voltaje vs corriente para observar el comportamiento de la resistencia mientras cambia el voltaje (y por ende la corriente). NOTA :Para transferir presione el icono representado por la imagen 7.- Encienda el amplificador de potencia y presione START para iniciar el proceso de recolección de datos y STOP para terminar. Resultados Parte 1 Complete la siguiente tabla de datos, viendo la corriente asociada a cada valor de voltaje en intervalos de 0.5 Volt desde -3.0 Volt hasta 3.0 Volt: Análisis Parte 1 Tabla 1: Resistencia Voltaje [ ] Corriente [ ] (...) (...) 1.- Realice en papel milimetrado un gráfico de voltaje vs corriente con los valores de la Tabla 1. 2.- Calcule la mejor recta de los puntos de su gráfico y obtenga la ecuación de la recta. 3- Haga una comparación entre la ecuación de la recta y la ley de Ohm Qué representa físicamente la pendiente de su recta? 4.-Haga una comparación porcentual entre el valor de la resistencia obtenida con el multitester y el valor obtenido experimentalmente. Diría Ud. que la resistencia se comporta como un dispositivo Ohmico? Parte 2: Ampolleta Procedimiento Parte 2 4
1.- Reemplace la conexión a la resistencia por una conexión a una ampolleta de 7.5Volt en su mismo circuito Pasco RLC. 2.- Repita el mismo procedimiento de la Parte 1, para obtener datos de voltaje vs corriente. Observe cuidadosamente en qué partes del gráfico V vs I la ampolleta se enciende y se apaga (debido al voltaje variable aplicado). Resultados Parte 2 Complete la siguiente tabla de datos, viendo la corriente asociada a cada valor de voltaje en intervalos de 0.5 Volt desde -3.0 Volt hasta 3.0 Volt: Análisis Parte 2 Tabla 2: Ampolleta Voltaje [ ] Corriente [ ] (...) (...) 1.- Realice en papel milimetrado un gráfico de voltaje vs corriente con los valores de la Tabla 2. Marque en su gráfico en que parte la ampolleta está en proceso de encendido y en qué parte comienza a apagarse. 2.- Tomando pendientes adecuadas en su gráfico, obtenga una estimación de la resistencia de la ampolleta cuando está fría y cuando está caliente. 3.- Tras este análisis Diría Ud. que la ampolleta se comporta como un dispositivo Ohmico? 5