Experiencia P48: Ley de Ohm Sensor de voltaje

Laboratorio de Física con Ordenador
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Experiencia P48: Ley de Ohm
06100C
Student
012-
Experiencia P48: Ley de Ohm
Sensor de voltaje
Tema
Electricidad
DataStudio
P48 Ohm’s Law.DS
Equipo necesario
Bombilla, 3 voltios (con EM-8656)
Conectores (SE-9750)
ScienceWorkshop (Mac)
(Ver Apéndice)
Cant.
1
2
ScienceWorkshop (Win)
(Ver Apéndice)
Equipo necesario
Resistencia, 10 ohmios (con EM-8656)
Cable eléctrico, 10 pulgadas (con EM8656)
Cant.
1
2
IDEAS PREVIAS
¿Qué relación existe entre la corriente y el voltaje en una resistencia? ¿Qué relación existe entre la
corriente y el voltaje en el filamento de una bombilla?
Anote sus respuestas en la sección Informe de Laboratorio.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Ohm descubrió que cuando el voltaje (diferencia de potencial) que hay entre los extremos de una
resistencia varía la intensidad de la corriente que pasa por la resistencia también cambia. Expresó
este hecho de la siguiente forma:
V
I
R
donde I es la corriente, V es el voltaje (diferencia de potencial), y R es la resistencia. La corriente
es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. En otras
palabras, a medida que aumenta el voltaje, también aumenta la intensidad de corriente. La
constante proporcional es el valor de la resistencia. Dado que la corriente es inversamente
proporcional a la resistencia, a medida que se aumenta la resistencia, la intensidad de corriente
disminuye.
Una resistencia es ‘óhmica’ si a medida que se aumenta el voltaje que pasa por la resistencia, la
gráfica del voltaje frente a la intensidad de corriente muestra una línea recta (indicando una
resistencia constante). La pendiente de la gráfica corresponde al valor de la resistencia. Una
resistencia no es ‘óhmica’ si la gráfica del voltaje frente a la corriente no es una línea recta. Por
ejemplo, si la resistencia varía al cambiar el voltaje, la gráfica del voltaje frente a la intensidad de
corriente resultaría una gráfica de pendiente variable.
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P48.1
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En algunos tipos de conductores, el valor de su resistencia no sufre cambios apreciables. En el
caso de una bombilla, la resistencia del filamento variará
a medida que se
calienta o se enfría. A altas frecuencias AC, el filamento no tiene tiempo de enfriarse, de modo
que permanece a una temperatura casi constante y la resistencia permanece relativamente
constante. A bajas frecuencias AC (p.ej., menos de 1 Hertzio), el filamento no tiene tiempo para
variar su temperatura. En consecuencia, la resistencia del filamento varía mucho y el cambio
resultante en la corriente que pasa por la resistencia es un fenómeno interesante de estudiar.
En la primera parte de esta experiencia se estudia la relación entre intensidad de corriente y voltaje
en una resistencia de 10 ohmios. En la segunda parte se estudia la relación entre intensidad de
corriente y voltaje en el filamento de una pequeña bombilla.
RECUERDE

Siga las instrucciones de seguridad.
PROCEDIMIENTO
Parte A – Resistencia
Utilice ‘Output’ (Potencia) del interfaz para proporcionar voltaje a una resistencia de 10 ohmnios.
Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para medir el voltaje que pasa por la resistencia y la
corriente que pasa por la resistencia (producida por el interfaz).
Utilice el software para mostrar los datos de voltaje y corriente. Utilice una gráfica de voltaje
frente a corriente para determinar el valor de la resistencia.
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P48.2
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PARTE IA: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR PARA LA RESISTENCIA
1.
Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.
2.
Conecte los conectores tipo SE-9750 en los enchufes ‘OUTPUT’ del interfaz.
3.
Abra el archivo titulado:
DataStudio
P48 Ohm’s Law.DS
ScienceWorkshop (Mac)
(Ver Apéndice)
ScienceWorkshop (Win)
(Ver Apéndice)

El archivo DataStudio se abre con una ventana “Signal Generator” y un display “Scope”. El
archivo también contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook.

Lea el Apéndice para obtener información acerca de cómo modificar un archivo
ScienceWorkshop.

El display ‘Scope’ muestra el voltaje que la fuente ‘Output’ del interfaz proporciona a la
resistencia de 10 ohmnios y la corriente que la fuente ‘Output’ del interfaz hace pasar por la
resistencia.

El Generador de Señales (‘Signal Generator’) está ajustado para producir una onda
triangular de 60 Hz. Está fijada en ‘Auto’ de modo que comenzará a producir o parará la
señal cuando se inicie o finalice la recogida de datos.

En DataStudio, compruebe que ‘Measure Output Voltage’ y ‘Measure Output Current’
están seleccionados en la ventana ‘Signal Generator’.
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
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Ajuste el display ‘Scope’ y la ventana ‘Signal Generator’ de modo que puedan verse a la
vez.
PARTE IIA: MONTAJE DEL EQUIPO - RESISTENCIA

No se necesita calibrar el sensor ya que, en esta experiencia, el propio interfaz es el sensor.
1.
Monte la resistencia de 10 ohmios en el lugar al efecto junto a los conectores en la esquina
inferior derecha de la placa electrónica de laboratorio AC/DC.
2.
Conecte los conectores tipo SE-9750 de los puertos ‘Output’ del interfaz a los conectores
correspondientes de la
KIT NO.
3 VOLT BULBS
placa electrónica de
laboratorio AC/DC.
3.3 ž
A
B
Battery
C
+
3 VOLTS MAX
3 VOLTS MAX
–
E
C
CW
B
Battery
+
–
10 ž RESISTOR (BROWN, BLACK,
PARTE IIIA: RECOGIDA DE DATOS - RESISTENCIA
1.
Comience la recogida de datos. (Haga clic en ‘Start’ en DataStudio o en ‘MON’ en
ScienceWorkshop).

Observe el display ‘Scope’ del voltaje y la intensidad de corriente. Ajuste los ejes vertical y
horizontal si es necesario.
2.
Observe el trazo del voltaje frente a la intensidad de corriente durante unos pocos segundos
y finalice la recogida de datos.
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P48.4
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ANÁLISIS DE DATOS - RESISTENCIA
1.
Utilice las herramientas de análisis del display ‘Scope’ para determinar el voltaje y la
intensidad de corriente de la resistencia de 10 ohmnios.

En DataStudio, haga clic en ‘Smart Tool’. Desplace ‘Smart Tool’ sobre el trazo de voltaje
frente a la intensidad de corriente para que muestre las coordenadas de los puntos que la
componen. Resultado: Las coordenadas ‘X-Y’ corresponden al voltaje y la corriente.

En ScienceWorkshop, haga clic en el ‘Cursor Inteligente’. Desplace el cursor por el display
‘Scope’. Resultado: El valor del voltaje aparece bajo el control ‘V/div’ del eje vertical y el
valor de la intensidad de corriente aparece sobre el control ‘sweep speed’ del eje horizontal.
2.
Utilice las coordenadas de los puntos del trazo para determinar la relación voltaje –
intensidad de corriente. Registre la relación como el valor de la resistencia.

En DataStudio, la coordenada ‘X’ corresponde a la intensidad de corriente y la coordenada
‘Y’ al voltaje. Divida voltaje entre intensidad de corriente para calcular la resistencia.

En ScienceWorkshop, la intensidad de corriente ‘output’ que aparece en el display ‘Scope’
debe ser convertida. Multiplique la coordenada ‘X’ por 0.05 para determinar la intensidad
de corriente actual. La coordenada ‘Y’ corresponde al valor actual del voltaje. Divida el
voltaje entre la intensidad corriente.
OPCIONAL
1.
Sustituya la resistencia de 10 ohmios por una de 100 ohmios.
2.
Ajuste al eje horizontal del display ‘Scope’ tanto como sea necesario.
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P48.5
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3.
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Repita el experimento. Registre la nueva relación como valor de la resistencia.
Parte B – Bombilla
Utilice la utilidad ‘Output’ del interfaz para proporcionar voltaje a una pequeña bombilla. Utilice
DataStudio o ScienceWorkshop para medir el voltaje y la intensidad de corriente que pasan por el
filamento de la bombilla (la corriente proporcionada por el interfaz).
Utilice el software para mostrar los valores de voltaje intensidad de corriente. Utilice una gráfica
de voltaje frente a intensidad de corriente para confirmar el valor de la resistencia.
PARTE IB: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR - BOMBILLA
1.
Cambie la Amplitud y Frecuencia de la onda AC. Haga clic en la ventana ‘Signal
Generator’ para activarla.
2.
Haga clic en el valor de la Amplitud para resaltarlo. Introduzca ‘2.5’ como el nuevo valor.
Presione <enter> o <return> en el teclado para registrar la modificación.
3.
Haga clic en el valor de la Frecuencia para resaltarlo. Introduzca ‘0.30’ como el nuevo
valor. Presione <enter> o <return> en el teclado para registrar la modificación.
4.
Ajuste sweep speed (“velocidad de barrido”) en el display ‘Scope’ a 50 muestras/segundo.

En DataStudio, haga clic en la flecha ‘down’ junto a ‘samples/s’.

En ScienceWorkshop, haga clic en el botón ‘-‘ (
) junto a ‘muestras/s’.
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P48.6
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BULB“C”
KIT NO.
3 VOLT BULBS
Battery
+
A
B
3.3 ž
C
3 VOLTS MAX
3 VOLTS MAX
–
E
C
CW
B
Battery
+
WIRE
LEADS
–
PARTE II: MONTAJE DEL EQUIPO - BOMBILLA
1.
Retire la resistencia de la placa electrónica de laboratorio AC/DC.
2.
Utilice dos cables eléctricos de 10” para conectar los componentes junto a los conectores
tipo “banana” y los componentes que hay junto a la bombilla de 3 voltios “C”.
PARTE III: RECOGIDA DE DATOS - BOMBILLA
1.
Comience la recogida de datos. Observe el display ‘Scope’ del voltaje frente a la intensidad
de corriente del filamento de la bombilla. Ajuste los ejes vertical y horizontal si es
necesario.
2.
Espere unos pocos segundos y finalice la recogida de datos.
ANÁLISIS DE DATOS - BOMBILLA
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P48.7
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Utilice las herramientas de análisis del display ‘Scope’ para determinar las coordenadas de varios
puntos de la gráfica de voltaje frente a intensidad de intensidad de corriente. Calcule la relación
entre voltaje – e intensidad de corriente en cada punto.
Conteste a las preguntas de la sección Informe de Laboratorio.
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P48.8
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Informe de Laboratorio
Experiencia P48: Ley de Ohm
IDEAS PREVIAS
¿Qué relación existe entre la intensidad de corriente y el voltaje en una resistencia? ¿Qué relación
existe entre la corriente y el voltaje en el filamento de una bombilla?
Datos
CONCLUSIONES Y APLICACIONES
1.
Compare la relación entre voltaje – intensidad de corriente del display ‘Scope’ con el valor
de la resistencia/s utilizada/s.
2.
¿Tienen las resistencias utilizadas un valor constante?
3.
¿Tiene el filamento de la bombilla una resistencia constante (relación constante entre voltaje
– intensidad de corriente)? Justifique su respuesta.
4.
La pendiente de la gráfica de la bombilla no es simétrica. ¿Porqué es distinta la curva de la
gráfica cuando el filamento se está calentando de cuando el filamento se está enfriando?
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P48.9
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APÉNDICE
Modificar un archivo ScienceWorkshop
Modifique el archivo ScienceWorkshop existente.
Abrir el archivo ScienceWorkshop
Abra el archivo titulado:
ScienceWorkshop (Mac)
P40 Ohm’s Law
ScienceWorkshop (Win)
P40_OHM.SWS
En esta experiencia se emplea la utilidad ‘Output’ del interfaz 750 de ScienceWorkshop para
proporcionar voltaje e intensidad de corriente.
•
Elimine el Amplificador de potencia en la ventana “Configuración del Experimento”.
•
Seleccione ‘Muestra I’ (muestra de corriente ‘output’).
•
Cambie el display ‘Scope’ para que muestre el voltaje frente a intensidad de corriente.
Eliminar el icono del Amplificador de Potencia
En la ventana “Configuración del Experimento”, haga clic en el icono del Amplificador de
Potencia y presione <delete> en el teclado. Resultado: Se abre una ventana de advertencia. Haga
clic en ‘OK’ para regresar a la ventana de configuración.
Seleccionar ‘Muestra I’
Haga clic en el botón ‘Muestra I’ en la ventana “Configuración del Experimento”. Resultado: Si
todavía no estaba abierta, se abrirá la ventana “Generador de Señales”.
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P48.10
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012-
Cambiar el Display Scope
El display ‘Scope’ muestra el icono ‘Canal A’ en el eje ‘X’. Haga clic en el menú ‘Eje X Entrada’ y seleccione ‘Corriente de Salida (A)’.
Ajuste la ‘Velocidad de Barrido’ a 2.000 v/div. Sugerencia: Haga clic en los botones
‘Aumentar/Disminuir Velocidad de Barrido’ (
).
Resultados
El archivo ScienceWorkshop contiene un display ‘Scope’ (osciloscopio) del Voltaje de salida (V)
frente a Corriente de Salida (I) y una ventana “Generador de Señales” que controla la salida.
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P48.11