Ley de Ohm, Resistencias Equivalentes y el Puente de Wheaston

Ley de Ohm, Resistencias Equivalentes y el Puente de Wheaston
Materiales:
1 mili-amperimetro
1 multimeto
1 reostato
1 “power suply”
10 cables para conexión + “alligator clipper”
1 caja de resistencia
1 interruptor
1 bombilla (6-12 volts)
2 paginas de papel de graficas
Objetivos:
 Obtener la relación entre voltaje y la corriente eléctrica en materiales conductores
lineales y no lineales
 Distinguir entre materiales óhmicos y no óhmicos
 Aplicar la ley de Ohm para obtener valores de corrientes, resistencias o voltajes
 Discutir las dos maneras de medir resistencias con el voltímetro y el amperímetro
y explicar como ellas difieren
 Describir el principio de operación del puente de Wheatstone
 Discutir la exactitud en la medida de resistencias utilizando el voltímetro y el
amperímetro comparado con la medida de resistencias utilizando el puente de
Wheaston
Nota: Cuando utilicemos el puente de Wheatstone, en lugar del cero en el galvanómetro
utilizaremos el cero en el voltímetro
Introducción
En este experimento estudiaremos las corrientes eléctricas y las diferencias
de potencial a través de un resistor en un circuito eléctrico básico las mediciones se
realizaran con el multímetro digital. La corriente eléctrica es el flujo de cargas eléctricas
en un medio conductor y se mide en amperes: A (coulombs/segundo). El voltaje o
diferencia de potencial se mide en voltios: V (Joules/coulomb) y es gracias a ésta que la
corriente eléctrica puede ser mantenida en un conductor. En particular, se estudiara la
relación que existe entre la corriente eléctrica: I y el voltaje o diferencia de potencial: V.
Un circuito simple en el cual pueden medirse estas cantidades físicas, consiste en
una fuente de voltaje como una batería y resistores conectados entre sus terminales como
se muestra en la Figura 1. La fuente de voltaje es también denominada fuente de fuerza
Electromotriz (fem) por ser capaz de llevar o mover carga eléctrica (negativa) desde un
lugar de menor potencial eléctrico (-) hacia un lugar con un potencial eléctrico mayor (+).
Figura 1.
El termino corriente eléctrica, denotado por I, se utiliza para describir la rapidez con la
cual las cargas fluyen en un conductor. Una batería establece una diferencia de potencial
entre sus terminales, la cual al ser conectada a un conductor, crea un campo eléctrico
dentro de él y que produce el movimiento de cargas (de los electrones principalmente)
estableciéndose una corriente eléctrica.
Si en un material conductor se establece una corriente eléctrica: I, que es proporcional al
voltaje o diferencia de potencial en el conductor: V, se dice que el material conductor
obedece a la Ley de Ohm: V  I  R . Donde la constante de proporcionalidad R denota
la resistencia del conductor, cuya unidad en el Sistema Internacional de medidas (SI) es
el ohm (  ): Esto es, la Ley de Ohm establece una relación lineal y proporcional entre la
corriente y el voltaje. Para algunos materiales (los llamados no Ohmicos) la relación entre
voltaje y resistencia puede ser más complicada. En la Figura 2 se presenta una gráfica del
comportamiento entre la corriente y el voltaje en dos elementos conductores.
Fig. 2.
Procedimiento:
Parte A: Conductor Ohmico
1. Prepare multímetro en la escala de 20 V para medir voltaje DC. Asegúrese que las
puntas están correctamente en sus correspondientes enchufes.
2. Prepare multímetro en la escala de 10 A para medir corriente DC. Asegúrese que
las puntas están correctamente en sus correspondientes enchufes.
3. Monte el circuito de la Fig. 3 usando los mismos valores indicados tanto en la
fuente de voltaje como en resistencias. Asegúrese de que el interruptor esté
abierto.
4. Cierre el interruptor y mida y para RDR 600  mida los valores de corriente y
voltaje y anote estos valores en la tabla 1.
5. Disminuya el valor de la resistencia RDR en 100  . Mida los valores de
corriente y voltaje y anote estos valores en la tabla 1.
6. Repita el paso 5 hasta que complete las primeras tres columnas de la tabla 1.
7. Utilice los valores de la primera y segunda columna para calcular el valor de R y
complete la cuarta columna de la tabla 1.
8. Haga un grafico de voltaje vs. corriente. Encuentre el valor de R según la grafica
y compárelo con el valor Rave. Comente sobre la comparación.
9. Mida el valor de la resistencia utilizando el multímetro, y utilice este valor como
el valor aceptado y encuentre el error experimental.
Fig. 3
Tabla 1.
RDR (  )
600
500
400
300
200
100
0
VR (V)
R( )
IR (A)
Rave=
Parte B: Conductor No-Ohmico
Procedimiento:
1. Prepare multímetro en la escala de 20 V para medir voltaje DC. Asegúrese que las
puntas están correctamente en sus correspondientes enchufes.
2. Prepare multímetro en la escala de 10 A para medir corriente DC. Asegúrese que
las puntas están correctamente en sus correspondientes enchufes.
3. Monte el circuito de la Fig. 4 usando los mismos valores indicados tanto en la
fuente de voltaje como en el resistor. Asegúrese de que el interruptor esté abierto.
4. Cierre el interruptor y mida los valores de corriente y voltaje y anote estos valores
en la tabla 2.
5. Disminuya el valor de la resistencia RDR en 5  . Mida los valores de corriente y
voltaje y anote estos valores en la tabla 2.
6. Repita el paso 5 hasta que complete las primeras tres columnas de la tabla 2.
7. Utilice los valores de la primera y segunda columna para calcular el valor de R y
complete la cuarta columna de la tabla 2.
8. Haga un grafico de voltaje vs. Corriente e indique si el filamento de una bombilla
es óhmico. Explique.
Fig 4
Tabla 2
RDR (  )
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
VR (V)
IR (A)
R( )
Parte C:
Medida de resistencias utilizando el puente de WHEASTON (ver Fig. 5). Para determinar
resistencias utilizando el puente de Wheaston utilizaremos la condición de balance del
puente, la cual esta definida como la condición en la cual la diferencia de potencial
medida por el voltímetro entre los puntos A y B es idénticamente igual a cero. Cuando
esta condición se da, se satisface que:
I1  R1  I 2  R3
I 2  R2  I 2  RX
De donde se obtiene que la resistencia desconocida esta dada por: R X 
R2  R3
R1
Fig. 5
Procedimiento:
1. Ensamble el circuito como se muestra en la fig. 5
2. Utilizando la condición de balance, encuentre el valor de tres resistencias
suministradas por el instructor ( 330,120,470 según el codigo).
3. Para poder medir el valor de R1 y R2, se debe desconectar el reóstato del circuito.
4. Compare los valores experimentales con el valor extraído utilizando el código de
colores
5. Compare los valores obtenidos con los valores obtenidos utilizando directamente
el Ohmiómetro.
6. Para R X una combinación en serie-paralelo utilice la condición de balance y
determine el valor RX y compare el valor obtenido con el valor calculado
utilizando las formula correspondiente para la combinación serie paralelo
seleccionada.
Haga un análisis de los datos presentados en la tabla 1 y reporte el valor experimental R.
Mida directamente el valor de R utilizando el multímetro y discuta la diferencia si alguna
Preguntas:
1. ¿De que otra forma se pudo haber realizado este laboratorio, para demostrar la
Ley de Ohm?
2.
¿Que otro arreglo experimental para determinar Rx conduciría a la misma
condición de balance?
3. Discuta sobre la exactitud en el valor R determinado mediante la Ley de Ohm y el
valor de R determinado mediante la condición de balance.
4. Discuta las consecuencias de un corto circuito utilizando la Ley de Ohm
5. Comente sobre las ventajas o desventajas del puente en la medida de resistencias
desconocidas y diseñe un puente variable para medir resistencias en el rango 0.5
 y 1000  .
Referencias:
Physics Laboratory Experiments, The Ohms’ Law p.307-315,p.337-349, Jerry D. Wilson
Physics Labs with computers, Vol. 2, Ohm’s Law, Experiment P40
Figura 2: Código de colores para los resistores