lab2 Fisica

"Fundamentos de Electricidad y Magnetismo"
Laboratorio 2. Caracterización de los Elementos de un Circuito.
Titulo.
Norida Joya Ramírez Cód. 273438
Nataly Cubides Zúñiga Cód. 273431
Resumen. Se realizo la caracterización experimentalmente de los diferentes elementos que componen
un circuito, (resistencias y bombillo). Para la caracterización se un voltímetro y un amperímetro
resistencias. A la inversa de la resistividad se
denomina conductividad 𝜎 :
1 Introducción.
Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que
permitirá la existencia de un recorrido por el que la
corriente llegara a un punto donde sea requerida. Un
circuito eléctrico consta de una batería, resistencias,
condensadores etc.1 Por lo anterior el estudio del
comportamiento de la corriente en un circuito es
importante y en presente informe se conocerá los
comportamientos que esta tiene frente a diferentes
elementos del circuito.
1.1 Corriente
La corriente eléctrica es el flujo de cargas eléctricas.
En un conductor sólido son los electrones los que
transportan la carga. En los fluidos, el flujo de carga
eléctrica puede deberse tanto a los electrones como a
los iones positivos y negativos. La cantidad de
corriente que fluye por un circuito depende del
voltaje suministrado por la fuente, pero además
depende de la resistencia que opone el conductor al
flujo de carga, es decir, la resistencia eléctrica2.
1.2 Resistencia
La resistencia R de un conductor y es proporcional a
su longitud l e inversamente proporcional al área de
su sección transversal S:
𝑅=𝜌
𝑙
𝑠
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (1)
La constante de proporcionalidad 𝜌 se denomina
resistividad del material, que depende del material
con que está fabricado el conductor y de la
temperatura (de aquí se deduce que R también
depende de la temperatura). Separar la dependencia
de la resistencia en las dimensiones y en el tipo de
material de un conductor es útil para el cálculo de
𝜎=
1
𝜌
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛(2)
1.3 Ley de Ohm
Ohm realizó experiencias sobre la capacidad de los
metales para conducir electricidad.
En 1826 presentó sus resultados resumidos en una
ley, la Ley de Ohm, que expresa que la corriente que
fluye a través de un conductor metálico a temperatura
constante es proporcional a la diferencia de potencial
que hay entre los extremos del conductor. A la
relación entre la diferencia de potencial aplicada en
los extremos de un conductor y la corriente que
atraviesa ese conductor suele denominarse
característica voltaje-corriente (V-I) del material.
Ohm encontró experimentalmente que para un dado
conductor metálico esta relación es proporcional, es
decir, cuando, se duplica o se triplica la diferencia de
potencial, se duplica o se triplica la corriente,
respectivamente.
La constante de proporcionalidad entre el voltaje y la
corriente es la resistencia eléctrica R. La mayor o
menor resistencia de un conductor es la mayor o
menor dificultad que opone al paso de la corriente. Y
así tendremos buenos y malos conductores de la
corriente en función de que tengan baja o alta
resistencia, respectivamente. Obviamente, los
aislantes (no conducen la corriente) tendrán una
resistencia altísima.3
Si se representa la resistencia del conductor con el
símbolo R, la diferencia de potencial en los extremos
del conductor con V, y la corriente que circula por él
con I, la ley de Ohm puede formularse como:
𝑉 = 𝐼𝑅
𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛(3)
1
Menéndez Gonzales M. A. Manual para la formulación de
operadores, octava edición, 2006.
2 P. G. Hewitt, Física conceptual, Addison Wesley–
Longman, segunda edición, 1998.
3
L. E. Folivi y A. Godman, Física, Voluntad–Logman,
segunda edición, 1977.
3 Datos Experimentales
La unidad de resistencia eléctrica es el Ohm,
simbolizado por la letra griega Ω (omega).
3.1 Medición de Voltajes.
El Ohm es una resistencia tal del conductor que
cuando se aplica una diferencia de potencial de 1
Volt a sus extremos, hay un flujo de una corriente de
1 Amper.
ri
R
La diferencia de potencial que existe entre los
extremos del conductor surge de la fuerza
electromotriz de la fuente de electricidad, que puede
ser una pila o una batería. Si una corriente pequeña
fluye en el conductor, entonces éste debe oponer una
gran resistencia al paso de la corriente. Y
análogamente, una resistencia pequeña produce una
corriente grande para una misma diferencia de
potencial.
Fig. 1. Montaje del circuito para la medición de voltaje.
No
1
2
3
4
5
Los materiales que verifican la ley de Ohm, es decir,
aquellos en donde la intensidad es proporcional a la
diferencia de potencial entre sus extremos, se
denominan materiales óhmicos. Aquellos en los que
la intensidad no depende linealmente de la diferencia
de potencial entre los extremos se llaman materiales
no óhmicos.
V. fuente
2.03
5.03
8.02
10
15
V. voltímetro*
2
5
8
10
15
Tabla. 1. Datos del montaje de la fig. 1, tomados en el
laboratorio.*Voltímetro en la escala de 15V.
No
1
2
3
4
5
2 Metodología.
2.1 Instrumentos.





V
ε
fem
Tableta.
Fuente de voltaje.
Voltímetro (V).
Amperímetro (A).
Cables de conexión.
V. fuente
1.98
5
7.98
9.98
14.98
V. voltímetro*
2
5
8
10
15
Tabla. 1.1. Datos del montaje de la fig. 1, tomados en el
laboratorio.*Voltímetro en la escala de 30V.
3.2 Medición de Corrientes.
2.2 Descripción.
I
ri
Primero se conecto el voltímetro a escala 15V y se
incremento el voltaje registrando cinco datos de las
mediciones, se repitió el procedimiento a escala 30V.
Se aseguro que la fuente tuviera el voltaje mas
mínimo al prenderse y al desconectarse.
ε
fem
Para la medición de corrientes se tomaron cinco
valores de las mediciones con el amperímetro a
50mA y una resistencia de 690 Ω. Se repitió el
procedimiento para 500 Ma.
R
A
Fig. 2. Montaje del circuito para la medición de corriente.
Para la caracterización de una resistencia, se utilizo
una de 10kΩ, el amperímetro a 5mA y el voltímetro a
15V. Se anotaron los valores de I (corriente).
No
1
2
3
4
5
Para la caracterización de un bombillo se utilizo una
resistencia de 100Ω y un bombillo, se midió la
diferencia de potencial en el bombillo y I en el
amperímetro (a 500mA) y el voltímetro (a 3V).
V. fuente
3
4
5.07
6.04
7
I. amperímetro*
0.5
0.7
0.9
1
1.2
Tabla. 2. Datos del montaje de la fig. 2, tomados en el
laboratorio.* Amperímetro en la escala de 50mA.
2
3.3 Caracterización de una Resistencia
Óhmica.
ri
R
V
ε
fem
7
8
9
10
Tabla. 5. Datos del montaje de la fig. 3, tomados en el
laboratorio.* Amperímetro en la escala de 50mA y el
Voltímetro en la escala de 15V.
3.4 Caracterización del Bombillo.
A
R
ri
Fig. 3. Montaje del circuito para la caracterización de una
resistencia óhmica.
Caracterización de la resistencia de 10kΩ
No
Voltaje
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2
3
5
7
10
12
15
17
18
19
I con
Voltímetro
1
1
1.5
2
3
3.2
4
4.5
5
5
I con
Voltímetro
1
1
2
2.5
4
4.1
5
6
6
7
Tabla. 3. Datos del montaje de la fig. 3, tomados en el
laboratorio.* Amperímetro en la escala de 50mA y el
Voltímetro en la escala de 15V.
Caracterización de la resistencia de 5kΩ
No
Voltaje
I con
Voltímetro
I con
Voltímetro
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla. 4. Datos del montaje de la fig. 3, tomados en el
laboratorio.* Amperímetro en la escala de 50mA y el
Voltímetro en la escala de 15V.
Caracterización de la resistencia de 690kΩ
No
1
2
3
4
5
6
Voltaje
I con
Voltímetro
I con
Voltímetro
V
ε
fem
A
Fig. 4. Montaje del circuito para la caracterización de un
bombillo.
4 Análisis.
Medición de Voltajes y Corrientes.
De acuerdo con las mediciones tomadas y analizando
las graficas que se presentan en el ANEXO 1 y 2 se
puede concluir que las escalas en las que puede
trabajar el amperímetro y el voltímetro no afecta el
comportamiento del voltaje y corriente, aunque son
valores diferentes el comportamiento en las graficas
no difieren de forma significativa.
Caracterización
Óhmica.
de
una
Resistencia
Al analizar la grafica (ANEXO 3) podemos observar
que no pasa por el origen. En cuanto al significado de
la pendiente, físicamente podemos decir que es la
resistencia ya que V = IR, el voltaje es directamente
proporcional a la corriente y R es la pendiente que es
la resistencia, ósea que a medida que aumente el
voltaje lo mismo pasará con la resistencia en
proporción y la resistencia es fija. Al ser una línea
recta el mejor ajuste del modelo se concluye que son
directamente proporcionales y que la resistencia (que
en este caso toma el valor de constante de
proporcionalidad) es efectivamente constante y su
valor es la pendiente de la recta.
Para poder determinar la resistencia interna
podríamos restar el voltaje inicial al producto de la
corriente I por la resistencia R y todo esto dividirlo en
la corriente, ósea:
𝑅𝑖𝑛𝑡 =
𝐸 − 𝐼𝑅
𝐼
3 Conclusiones



El seguimiento de las normas indicadas
permitirá que su trabajo no sólo se destaque
por su contenido, sino que también resulte
visualmente atractivo.
Se analizo y comprendió el comportamiento
de la corriente cuando atraviesa diferentes
elementos que componen un circuito.
Los elementos óhmicos presentan un
comportamiento diferente a los no óhmicos
respecto a la corriente I y voltaje V.
Referencias
[1] P. G. Hewitt, Física conceptual, Addison
Wesley–Longman, segunda edición, 1998.
[2] L. E. Folivi y A. Godman, Física, Voluntad–
Logman, segunda edición, 1977.
4
ANEXO 1.
Voltaje (15V).
16
14
V (voltimetro)
12
10
8
Series1
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
V (fuente)
ANEXO 2.
12
14
16
Voltaje (30V).
16
V(voltimetro)
14
12
10
8
Series1
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
V (fuente)
ANEXO 3.
Corriente (I)
8
7
I (con V y sin V)
6
5
4
Series1
3
Series2
2
1
0
0
5
10
15
V(voltaje)
Serie 1: con voltímetro.
Serie 2: sin voltímetro.
6
20