Laboratorio ley de ohm Universidad Cooperativa de Colombia. Bogotá. Física, electricidad y magnetismo 1 Marco teórico ¿Qué es un protoboard y como es su estructura? Un protoboard es un dispositivo que se utiliza para el ensamblaje y probar circuitos electrónicos. Esta tarjeta permite realizar y armar simulaciones fácilmente de un circuito electrónico o eléctrico, sin que sea necesario la realización de soldaduras de forma permanente. Partes: El canal central Se llama canal central a la región del protoboard que se encuentra ubicaba en el centro de esta placa y se utiliza para la colocación de los circuitos integrados. Buses Los buses son aquellos que se ubican en los dos extremos del protoboard. Estos están representados por unas líneas de color rojo, que son los buses de voltaje o positivos y los de color azul, que son los buses negativos o de tierra. Pistas Las pistas están localizadas en la parte del medio del protoboard. Estas se conducen y se representan según las líneas de color rosa. Defina diferencia de potencial eléctrico (voltaje), intensidad de corriente, resistencia conductor y aislador. Voltaje: diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, es la energía que se requiere para mover un electrón de un punto a otro. También puede recibir el 2 nombre de tensión eléctrica y se refiere a la presión capaz de empujar a los electrones a lo largo de un circuito. La unidad del voltaje es el voltio Corriente: flujo o cantidad de electrones que circulan por un conductor por unidad de tiempo Estos electrones deben pasar por un conductor eléctrico para producir una carga. La corriente se mide en amperios. Existen dos tipos de corrientes, la corriente continua, que se da cuando los electrones fluyen sin cambiar de sentido y la corriente alterna, es en el que la dirección de los electrones cambia constantemente. La corriente y el voltaje están íntimamente relacionados. El voltaje no existe sin corriente, y una corriente debe tener voltaje. La corriente es el efecto, cuya causa es el voltaje. La corriente puede crear un campo magnético, mientras que el voltaje puede crear un campo electrostático. Resistencia: Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor.12 La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio Conductores: Son aquellos materiales que contienen electrones que pueden moverse libremente, es decir los electrones pueden desplazarse libremente de un punto a otro si se conecta una fuente de tensión. Aislantes: Son aquellos materiales donde los electrones no pueden circular libremente, estos materiales no conducen la corriente eléctrica. 3 ¿Cuáles son las unidades de medida de las cantidades físicas: diferencia de potencial eléctrico (voltaje), intensidad de corriente, resistencia eléctrica, ¿en el sistema internacional de medidas? Voltios Amperios Ohmios ¿Cuál es la función de un multímetro? Un multímetro, también denominado tester, es un instrumento eléctrico para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como corrientes y tensiones, o pasivas, como lo son resistencias, capacidades y otras ¿Cómo se conecta un voltímetro? Represente gráficamente. ¿Cómo se conecta un amperímetro? Represente gráficamente. 4 ¿Cuáles son los componentes de un circuito eléctrico? Podemos clasificar los componentes de un circuito eléctrico o instalación eléctrica, en diferentes failias: - Generadores: por ejemplo, las baterías. - Conductores: por ejemplo, los cables. - Receptores: por ejemplo, un motor. - Elementos de control: por ejemplo, un interruptor. ¿En qué consiste el código de colores de las resistencias? Sobre estos resistores se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final del resistor. Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor. La tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final del resistor. La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica su confiabilidad 5 ¿Qué es un circuito eléctrico?, Un circuito eléctrico es un recorrido cerrado cuyo fin es llevar energía eléctrica desde unos elementos que la producen hasta otros elementos que la consumen. ¿Características y componentes? Los generadores: son elementos que impulsan la energía eléctrica a través de todo el circuito eléctrico. Hay muchas clases de generadores, como las placas solares, la batería de un teléfono móvil o la turbina de una central eléctrica. Sin duda la más utilizada es la batería o pila, que se encarga de transformar energía química en energía eléctrica, y también los dinamos y alternadores que se encargan de transformar energía mecánica en eléctrica. Los conductores: son elementos que transportan la energía eléctrica a través de todo el circuito eléctrico. Incluyen todos aquellos elementos que permiten circular la corriente eléctrica por el circuito eléctrico, partiendo de los generadores hacia los receptores y volviendo al origen. Los más comunes son los cables, que normalmente son de cobre, pero a veces los conductores no son cables y pueden ser pistas de cobre como las que encontramos impresas en las placas eléctrónicas de los circuitos impresos que conforman un ordenador. 6 Los receptores: son elementos que transforman la energía eléctrica recibida en otro tipo de energía útil. Los receptores pueden ser cualquier aparato que reciba corriente eléctrica y la transforme en algo útil, la bombilla transforma electricidad en luminosidad, el motor eléctrico transforma electricidad en movimiento de rotación, un altavoz transforma electricidad en sonido, etc... Los elementos de maniobra: permiten interactuar y controlar el circuito eléctrico según nuestras necesidades. El más conocido es el interrumptor, sirve para realizar operaciones de dejar pasar o no, la corriente eléctrica por toda la instalación eléctrica, su mecanismo es muy sencillo, lo único que hace es enlazar el circuito eléctrico mediante la acción de una pieza mecánica. También se usan mucho los pulsadores, que se utilizan cuando queremos dejar pasar o no corriente eléctrica por el circuito pero en unos instantes determinados y durante un tiempo limitado. Los elementos de protección: se encargan de proteger el circuito eléctrico de forma automática. El elemento de protección por excelencia en una instalación eléctrica es el fusible. El fusible es un hilo conductor fino que está calibrado para que sea la parte más débil de una instalación eléctrica, de esta manera, cuando se produzca un cortocircuito y aumente muchísimo la intensidad eléctrica que pasa por el circuito eléctrico, sea el fusible el primero que se queme y lo haga de una forma controlada sin que produzca un incendio. 7 Describa cada uno de los elementos de un circuito eléctrico, como, por ejemplo, fuente de poder, interruptor, resistencia eléctrica. ¿Que expresan las leyes de: Ohm, Watt, Joule? Ley de ohm La Ley de Ohm relaciona las magnitudes de voltaje, resistencia e intensidad, La intensidad de corriente que atraviesa un circuito es directamente proporcional al voltaje o tensión del mismo e inversamente proporcional a la resistencia que presenta. En forma de fracción se pone de la siguiente forma: Ley de watt La ley de Watt dice que la potencia eléctrica es directamente proporcional al voltaje de un circuito y a la intensidad que circula por él. Ley de Joule 8 La ley de Joule muestra la relación que existe entre el calor generado por una corriente eléctrica que fluye a través de un conductor, la corriente misma, la resistencia del conductor y el tiempo que la corriente existe. ¿Cuáles son las formas de combinar resistencias en los circuitos eléctricos? Represéntelas gráficamente. Procedimiento Toma de datos Inicialmente se realiza la medición de las resistencias obteniendo así el valor real de cada una de ellas, este proceso se realiza colocando en los extremos de las resistencias las puntas del multímetro 9 Montaje Circuitos Circuito serie Circuito serie Resultados obtenidos R1 R2 1ª Banda 1 1 2ª Banda 9 8 3ª Banda 10K 1 4ª Banda N/A N/A Valor Teórico 100 K ohm 18 ohm Tolerancia Valor medido 5% 97,2 K ohm 5% 17,9 ohm Error Porcentual 2,88 % 0,56 % 10 R3 R4 R5 3 6 1 3 8 5 10 1K 100K N/A N/A N/A R6 R7 R8 R9 1 7 3 1 5 5 0 2 1K 10K 100K 10K N/A N/A N/A N/A R10 3 3 100K N/A 330 ohm 68 K ohm 1,500 K ohm 15 K ohm 750 K ohm 300 K ohm 120 K ohm 5% 5% 5% 327 ohm 0,92 % 67,5 K ohm 0,74 % 1493 K ohm 0,47 % 5% 5% 5% 5% 3300 K ohm 5% 14,7 K ohm 744 K ohm 296 K ohm 118,8 K ohm 3298 K ohm Relación intensidad de corriente – Diferencia de potencial R6 15 K ohm Voltaje V (Voltios) 2V 4V 6V 8V 10 V 12 V 14 V Intensidad de corriente I (Amperios) 133 Microamperio 267 Microamperio 400 Microamperio 533 Microamperio 667 Microamperio 800 Microamperio 933 Microamperio Relación intensidad de corriente – Resistencia eléctrica 6V Intensidad de corriente (Amperios) 60.0 Microamperio 1.82 Microamperio 18.2 Miliamperio 88.2 Microamperio 4.00 Microamperio 8.00 Microamperio 20.0 Microamperio I Resistencia (Ohmios) 100 K ohm 3300 K ohm 330 ohm 68 K ohm 1,500 K ohm 750 K ohm 300 K ohm Asociación resistencia en Serie 100 K ohm 522 mV y 5.22 Microamperios 300 K ohm 1.57 V y 5.22 Microamperios 750 K omh 3.91 V y 5.22 Microamperios R 2,04 % 0,81 % 1,35 % 1,01 % 0,06 % 11 Valor teorico Resistencia R Valor Experimental Error Porcentual R1 100 K ohm R2 300 K ohm R3 750 K ohm Rab 1150 k ohm 1137.2 Diferencia de Potencial V Valor teorico Valor Experimental 522 mV 518 mV 1.57 V 1.48 V 3.91 V 3.87 V 5V 4.99 V Intensidad de Corriente I Valor teorico Valor Experimental 5.22 5.2 Microamperios Microamperios 0.12 % 5.22 0.38 % Microamperios 5.2 Microamperios 5.22 5.2 0.38 % V1 V2 V3 Vab I1 I2 I3 97,2 K ohm 296 K ohm 744 K ohm 2,88 % 1,35 % 0,81 % Error Porcentual 0.77 % 6.08 % 1.03 % 0.3% Error Porcentual 0.38 % Microamperios Microamperios Iab 5.2 5. 0.3% Asociación resistencia en Paralelo 750 K omh 8 Microamperios y 6V 300 K ohm 60 Microamperios y 6V 100 K ohm 20 Microamperios y 6V Valor teorico R1 100 K ohm R2 300 K ohm R3 750 K ohm Rab Resistencia R Valor Experimental 97,2 K ohm 296 K ohm 744 K ohm Error Porcentual 2,88 % 1,35 % 0,81 % Diferencia de Potencial V Valor teorico Valor Error Porcentual Experimental 12 V1 6 V V2 6 V V3 6 V Vab I1 I2 I3 5.7 V 5.7 V 5.7 V 5.26 % 5.26 % 5.26 % Intensidad de Corriente I Valor teorico Valor Error Porcentual Experimental 8 7.87 1.65 % Microamperios Microamperios 60 58.8 2.04 % Microamperios Microamperios 20 19.84 0.81 % Microamperios Microamperios Iab ANÁLISIS DE RESULTADOS Relación Intensidad de Corriente - Diferencia de Potencial. Se puede determiner que entre mayor voltaje hay una mayor corriente en el circuito Voltaje 2 4 6 8 10 12 14 Corriente 133 267 400 533 667 800 933 Relación Intensidad de Corriente - Resistencia eléctrica. Se puede determiner que entre mayor la Resistencia menor corriente hay en el circuito 13 Resistencias en Kiloohmios 3300 750 300 100 68 1,5 Corriente en microamperios 1,82 8 20 60 88,2 400 Corriente en microamperios 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1000 2000 3000 4000 Asociación de Resistencias en Serie Los valores experimentales de las resistencias se obtienen aplicando la Ley de Ohm a cada sección del circuito. Compare los valores de la intensidad de la corriente. ¿Qué concluye? La corriente en cada Resistencia tiene el mismo valor varia el volteje en cada una segun su capacidad resistive ¿Qué relación existe entre la resistencia total del circuito Rab y las resistencias componentes R1, R2 y R3? Se evidencia la sumatoria resistiva de todo el circuito 14 ¿Qué relación existe entre la diferencia de potencial aplicada al circuito Vab y la diferencia de potencial entre los terminales de cada resistencia V1, V2 y V3? Para completar las columnas faltantes resuelva teóricamente el circuito tomando para cada resistencia su valor nominal (dado por el código de colores) como su valor teórico y al valor teórico de V asígnele el respectivo valor ab medido. Determine el error porcentual y obtenga sus conclusiones. Podemos concluir que en un circuito en serie la corriente es la misma en cada resitencia pero la relacion del voltaje en cada Resistencia es diferente entre mayor la Resistencia mayor el voltaje. Asociación de Resistencias en Paralelo A diferencia del circuito en serie las resistencias tienen el mismo voltaje pero su corriente cambia en cada una de estas,, Tambien la resistividad del circuito es menor comparada a la del circuito en serie Lista de referencias Electrización, T. 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