Practica7_ley_de_Ohm

Prácticas de Física. Sección bilingüe Gymnázium Budějovická.
Curso 2009-10
PRÁCTICA 7: MEDICIONES Y EQUIPOS ELÉCTRICOS.
LEY DE OHM
1 Elementos del cálculo de errores
El objetivo de la mayoría de los experimentos en física es el estudio cuantitativo de
las magnitudes físicas que intervienen en los fenómenos físicos. Este estudio se
realiza midiendo las magnitudes físicas mediante aparatos de medida con el posterior
tratamiento de los datos obtenidos. Para tratar de una manera crítica esos datos, es
necesario saber valorar el error del resultado de la medición.
La tarea de determinar el error de una magnitud medida en la práctica no es
sencillo. La mayor dificultad radica en que la medición va acompañada de la acción de
un gran número de factores, que influyen de una u otra forma sobre el resultado de la
medición. Algunos de los factores que entran en juego en la medida de cualquier
magnitud física son:

Cuando se usan instrumentos de medida, el mínimo error que se comete viene
dado al menos por la última cifra que puede apreciarse con dicho instrumento.
Esto ocurre con escalas métricas o instrumentos de medida como voltímetros,
amperímetros, dinamómetros, etc.

Cuando se desea medir una magnitud especifica, generalmente se repiten
varias veces las mediciones para luego tomar el promedio de las medidas. La
repetición de las mediciones dan valores numéricos diferentes entre ellos, debido
a una gran cantidad de factores “raros” (errores aleatorios, el experimentador y las
condiciones ambientales son ejemplos de estos factores).

Seleccionando distintos aparatos y métodos de medida,
resultados distintos y con distintos errores.
se encuentran
1.1 Clasificación de los errores
Para facilitar el análisis del error del resultado del experimento, los errores de las
mediciones se clasifican, de acuerdo a los factores que los provocan, en dos grupos:
Errores sistemáticos, y Errores casuales o aleatorios.
Los errores sistemáticos están condicionados por la imperfecciones de los
aparatos de medida, a lo errado del mismo método de medición o cualquier otro
imprevisto por parte del observador. Se sobreentiende que en tales casos al aumentar
el número de mediciones el efecto de estos errores no disminuye.
Nosotros en esta práctica solo vamos a considerar el error sistemático debido a la
precisión del aparato de medida (el mínimo valor medible por este), es decir los
resultados experimentales los daremos de la siguiente forma:
Vexperiment al  X  ε
donde X es el valor experimentalmente medido y ε es el mínimo valor medible por el
multímetro (el mínimo de la escala utilizada)
Practica 4: Mediciones eléctricas. Ley de Ohm, asociación de resistencias
1
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2 Material e instrumental Utilizado
En esta práctica se va a utilizar el siguiente material:





Placa de Prototipado.
Cables con pinzas de Caimán
Resistencias
Baterías 3R12
Multimetro
2.1 El multímetro (o polímetro).
2.1.1 Finalidad y descripción.
El multímetro es un aparato utilizado frecuentemente para llevar a cabo mediciones
eléctricas tales como voltajes, intensidades de corriente (Amperajes) y resistencias.
Existen básicamente 2 grupos de multimetros los de funcionamiento analógico y los
digitales.
2.1.2 Partes y elementos de funcionamiento
El aparato dispone de 5 modos
funcionamiento bien diferenciados que son:
de
1. Medidas de Voltaje en corriente continua
(D.C.).
2. Medidas de Voltaje en corriente alterna
(A.C.).
3. Medidas de Amperaje en corriente
continua (D.C.).
4. Medidas de Resistencias.
5. Medidas de transistores.
6. Medidas de diodos.
12
11
15
14
En cada sección existen diferentes escalas
de medición de acuerdo a las necesidades del
circuito.
PRECAUCIÓN:
13
16
fFigura 1: Multímetro digital.
Para cualquier tipo de medición eléctrica
debes VERIFICAR CUATRO COSAS, ANTES DE SUMINISTRARLE CORRIENTE AL
CIRCUITO PROBLEMA:
1. Ten en cuenta el tipo de medición eléctrica que vaya a realizar, ya sea voltajes,
amperajes o resistencias. Recuerda que para cada medición eléctrica, varía el modo
de operación del multímetro y la forma de conectarlo. A manera de repaso, recuerda
los siguientes esquemas eléctricos:
Practica 4: Mediciones eléctricas. Ley de Ohm, asociación de resistencias
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 Medición de Voltajes: Multímetro conectado en Paralelo.
 Medición de Corriente: Multímetro conectado en Serie.
 Medida de resistencias: Multímetro conectado en Paralelo.
2. Ten en cuenta poner el selector del aparato de acuerdo a la medida que vayas a
llevar a cabo, teniendo la precaución de colocarlo en la escala más alta para cada
selección. (Voltajes, en corriente alterna (A.C.) o continua (D.C.), Amperaje en
A.C. ó D.C. o resistencias). Después de conectar la fuente de corriente se podrá ir
disminuyendo la escala hasta conseguir la más adecuada.
3. Verifica el tipo de corriente que proviene de la fuente de alimentación (baterías, red
eléctrica, etc).
4. Si notas que algo se calienta o huele “raro” desconecta inmediatamente el circuito.
2.2 BATERIA
En estas prácticas como fuente de alimentación de los circuitos vamos a utilizar
baterías o pilas comerciales de tipo 3R12 (4.5V).
Estas baterías están compuestas internamente
por 3 baterías de 1.5 voltios conectadas en
serie. En algunas secciones de las prácticas
necesitaremos obtener distintos valores de
tensión o voltaje.
Como no disponemos de una fuente variable,
para obtener distintos valores, haremos lo
siguiente: abriremos la “tapa” de la pila de forma
que tendremos accesibles las tres pilas
interiores conectadas en serie. Conectando una
de las pinzas al terminal negativo y la otra a las Figura 2: Baterías 3R12 (la de la izq
diferentes conexiones internas de la pila
con la carcasa abierta).
podemos obtener tensiones intermedias de 1.5V
3V y 4.5V (valores nominales).
3 Realización de la práctica
3.1 Parte 1: Material e instrumental de prácticas.
y normas en un laboratorio de electricidad.
Procedimientos
Recoge el material que vas a utilizar en la práctica y que está indicado en la
siguiente lista. Familiarízate con el, léete la sección 2 y atiende a las indicaciones y
explicaciones del profe (que siempre son sabias e iluminantes).
Lista de material:





Placa de Prototipado.
Cables con pinzas de Caimán
Resistencias
Baterías 3R12
Multimetro
Practica 4: Mediciones eléctricas. Ley de Ohm, asociación de resistencias
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CONCEPTOS RELACIONADOS: Diferencia de potencial, resistencia, intensidad de
corriente y ley de Ohm.
3.2 Parte 2. Medidas de tensión e intensidad. conexiones de
baterías en serie.
+
_
+
_
+
_
1. Mida la diferencia de tensión en
circuito abierto de una batería. Anota
el valor.
2. Conecte dos baterías en serie tal
como indica la figura 3. Mida la
tensión entre los dos extremos de la
conexión. Anote el valor.
Figura 3: Tres Baterías conectadas en Serie
3. Abra la carcasa de una de las
pilas, y tome medidas de la diferencia de tensión entre el terminal negativo y los
distintos terminales internos de la batería. Anote los resultados.
+
+
_
_
Figura 4: 2 Baterías conectadas
en paralelo
4. Conecte 2 baterías en paralelo,
según la figura 4. Y anota la
diferencia de tensión entre los
terminales comunes.
OJO!!!!!!!
Nunca conectar el polo
negativo de una Batería con el positivo de
la otra y viceversa (cortocircuito)
5. Responde
preguntas:
a
las
siguiente
a. ¿Qué puedes decir de la
tensión generada por pilas conectadas en serie?
b. ¿Y por baterías conectadas en paralelo?
3.3 Parte
3.
Conductividad
distintos materiales:
de
Coge los distintos elementos con distintas
conductividades que te ofrece el profesor y
conéctalos a una batería tal y como se muestra en
el esquema anexo.
Comprueba si el objeto conduce la
electricidad y mide los valores de tensión y
corriente eléctrica a través de él.
Rx
+
V
v
–
A
Confecciona una tabla con todos los
resultados. Y añade una tabla donde distingas
entre: buen conductor/mal conductor/mal aislante/buen aislante
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3.4 Parte 4: Identificación de valores de resistencias comerciales.
1. Coge varias resistencias de distintos valores.
2. Consulta el anexo que explica el estándar de los códigos de colores para
resistencias y determina los valores teóricos (nominales) de las resistencias y
de sus tolerancias. Anótalos en una tabla.
3. Mide los valores de las resistencias con el polímetro.
4. Responde a las siguientes preguntas:
¿Coinciden los valores nominales y los medidos de las resistencias?
¿Cual es el valor porcentual del error (diferencia entre valor nominal y el medido)?
¿Está este error dentro del límite de tolerancia indicado por el código de colores?
3.5 PARTE 5. LEY DE OHM
OBJETIVO
Estudiar y analizar la relación entre la tensión y la intensidad en un conductor,
conocer y estudiar la propiedad de los conductores conocida como resistencia.
MONTAJE
Rx
+
–
V
U– = 3...12
V
A
Figura 5.
1. Monta el circuito según el esquema. Usando alguna de las resistencias de 4watios
de la sección anterior (preferiblemente las de valores >1K Ω).
2. Utilizando dos baterías 3R12 con la tapa descubierta ve variando la diferencia de
tensión aplicada al circuito a los siguientes valores teóricos: 0V (circuito abierto),
1.5V, 3V, 4.5V, 6V, 7,5V y 9V. En cada caso anota la los valores de ls diferencia de
potencial V entre los polos de la resistencia y de la intensidad que lo atraviesa.
3. Construye una tabla con esos datos y represéntalos en una grafica V-I (puedes
utilizar papel milimetrado o excel1).
4. Repite el procedimiento con otra resistencia de valor diferente.
5. Responde a las siguientes preguntas:
a. ¿Que puedes decir de las gráficas obtenidas? ¿Se ajustan a una recta? ¿Cual
es el valor de la pendiente? ¿Y de la ordenada en el origen?¿Y del coeficiente
de correlación?
1
Si no sabes como utilizar Excel pregunta al profesor.
Practica 4: Mediciones eléctricas. Ley de Ohm, asociación de resistencias
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b. ¿Que significado tiene la pendiente de la gráfica? ¿Coincide el valor de la
resistencia medido de esta forma, con el valor teórico indicado por el código de
colores? ¿Y con el valor medido con el multímetro?
c. ¿Cuanto es la variación (error) del valor medido de la resistencia respecto del
valor teórico? ¿Esta dentro del valor de tolerancia indicado según el código de
colores?
3.6 PARTE 6: ASOCIACION DE RESISTENCIAS
OBJETIVO
Estudiar y analizar los distintos tipos de asociaciones de resistencias. Comprobar
cuantitativamente el valor de la resistencia total de estas asociaciones.
MONTAJE 1: Resistencias en Serie
1. Monta el circuito según el esquema de la figura 6 usando alguna de las resistencias
de 4watios de la sección anterior (preferiblemente las de valores >1K Ω). Hazlo al
menos un par de veces con dos
resistencias de igual valor y con
otras 2 de valores distintos entre
sí.
R
1
2.
Mide (si no lo has hecho antes) la
V
+
resistencia de cada una de las
U– = 3...12
resistencias
–
V
R2
3. Utiliza una bateria de 4.5 voltios.
Mide la intensidad y la tensión y a
partir de esto datos determina la
A
resistencia total de la asociación
en serie.
Figura 6: 2 resistencias conectadas en serie
4. ¿Se ajusta al valor que predice la
fórmula teórica?.
MONTAJE 2: Resistencias en paralelo
1. Monta el circuito según el esquema de
la figura 7. Usando algunos pares de
las resistencias de 4watios de la
sección anterior (preferiblemente las
de valores >1K Ω). Hazlo al menos un
par de veces con dos resistencias de
igual valor y con otras 2 de valores
distintos entre sí.
2. Mide (si no lo has hecho antes) la
resistencia de cada una de las
resistencias
3. Utiliza una batería de 4.5 voltios. Mide
la intensidad y la tensión y a partir de
R2
R1
V
+
–
U– = 3...12
V
A
Figura 7: 2 resistencias conectadas en paralelo
Practica 4: Mediciones eléctricas. Ley de Ohm, asociación de resistencias
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esto datos determina la resistencia total de la asociación en paralelo.
4. ¿Se ajusta al valor que predice la fórmula teórica?.
ANEXO: Código de colores en las resistencias comerciales
Las resistencias (resistores) son fabricados en una gran variedad de formas y
tamaños. En los más grandes, el valor de la resistencia se imprime directamente en el
cuerpo de la resistencia, pero en las más pequeñas, esto no se puede hacer.
Sobre estas resistencias se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un
número que se utiliza para obtener el valor final de la resistencia. Las dos primeras
bandas indican las dos primeras cifras del valor de la resistencia, la tercera banda indica
por cuanto hay que multiplicar el valor anterior para obtener el valor final de la
resistencia. La cuarta banda nos indica la tolerancia, es decir la posible desviación
máxima del valor real de la resistencia frente al valor nominal o teórico.
Color
1era y 2da banda
1era y 2da
cifra
significativa
plata
oro
negro
marrón
rojo
naranja
amarillo
verde
azul
violeta
gris
blanco
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3ra banda
Factor
multiplicador
0.01
0.1
x1
x 10
x 100
x 1,000
x 10,000
x 100,000
x 1,000,000
4ta banda
Tolerancia
%
Sin color
Plateado
Dorado
+/- 10
+/- 5
+/- 20
+/- 1
+/- 2
+/- 3
+/- 4
x 0.1
x 0.01
Ejemplo: Si una resistencia tiene las siguiente bandas de colores:
rojo
2
amarillo
4
verde
5
oro
+/- 5 %
La resistencia tiene un valor de 2400,000 Ohmios +/- 5 %
El valor máximo de esta resistencia puede ser: 25200,000 Ω
El valor mínimo de esta resistencia puede ser: 22800,000 Ω
La resistencia puede tener cualquier valor entre el máximo y mínimo calculados
Nota: - Los colores de las resistencias no indican la potencia que puede disipar la misma. Ver
Ley de Joule. Cuando la resistencia tiene una quinta banda esta nos indica la confiabilidad
de ésta.
Practica 4: Mediciones eléctricas. Ley de Ohm, asociación de resistencias
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