Universidad Nacional de Ingenierı́a Facultad de Ciencias Escuela Profesional de Fı́sica l Semestre 2020-1 Informe de Laboratorio de Fı́sica 3 Laboratorio 2 Curvas caracterı́sticas voltaje - corriente 1 2 3 Apellidos y Nombres Paucar Mendoza Sebastián André Espinoza Vasquez Andrew Johanny Salvatierra Arévalo Pool Lenin Codigo 20190521A 20192206F 20190282G Fecha de Laboratorio: 16 de Julio Profesor: Santiago Rossevelt Custodio †Hecho en LATEX 1. Objetivos Estudiar las caracterı́sticas de elementos resistivos a partir de sus gráficas corriente-voltaje. Interiorizar la naturaleza y restricciones asociadas a la ley de ohm. Discernir sobre las definiciones de material óhmico y no óhmico. Utilizar medios programables para aproximar adecuadamente las curvas caracterı́sticas. Estudiar el funcionamiento del voltı́metro, amperı́metro, potenciómetro y osciloscopio. En particular, identificar el correcto uso (instalación) del voltı́metro y del amperı́metro. Analizar las mediciones del osciloscopio para diferentes tipos de varaciones en corriente (continua y alterna). 2. Mapa conceptual de la teorı́a 3. Diagrama del experimento En el presente experimento empleamos dos simuladores. El primer simulador nos brindaba poder modelar las herramientas de mediciones Voltı́metro (para medir voltaje), Amperı́metro (para medir intensidad de corriente) y una que nos permitı́a medir la resistencia. Observe: Figura 1: Medidor apagado Se realizó diferentes mediciones con este emulador, entre ellas tenemos: 3.1. Medición de voltaje Figura 2: Voltaje medido a una escala de 20 Figura 3: Mismo voltaje, medido a una escala de 200 3.2. Resistencia Figura 4: Resistencia interna de la baterı́a (escala 2k Ohm) Figura 5: Resistencia interna de la baterı́a (escala 200 Ohm) 3.3. Intensidad de corriente En esta medición tenemos dos opciones: Cuando no tenemos idea de cuánta es la corriente que pasa y cuando tenemos la certeza de que la intensidad es menor a 20mA. Figura 6: 2 mA Figura 7: 20 mA En la parte dos del experimento, se nos explicaba el comportamiento de estos medidores y cómo deben conectarse a un circuito eléctrico: Figura 8: relación dada por el profesor en clase (nótese que el amperı́metro se conecta en serie y el voltı́metro en paralelo) Luego, estudiamos el comportamiento de los mismos y las mediciones que se pueden obtener a partir de estos usando el segundo simulador de circuitos eléctricos. Observe: Figura 9: Circuito modelado por el docente Figura 10: Señal de entrada y salida (función sinusoidal) 4. Resultados Experimentales En lo posterior, adjuntaremos datos experimentales obtenidos para diferentes dispositivos y mostraremos la tendencia óhmica o no óhmica mediante las curvas caracterı́sticas y su aproximación mediante métodos numéricos computarizados. Diodo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I(A) 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.20 0.30 0.60 0.90 V(V) 0.55 0.60 0.63 0.65 0.68 0.70 0.75 0.78 0.80 0.83 Cuadro 1: Datos voltaje-corriente sobre un diodo Figura 11: Curva caracterı́stica Foco 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I(A) 0.00 0.11 0.16 0.18 0.20 0.21 0.23 0.25 0.26 0.29 V(V) 0.00 1.00 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 6.00 Cuadro 2: Datos voltaje-corriente sobre un foco Figura 12: Curva caracterı́stica Resistencia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I(A) 0.00 0.02 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.13 V(V) 0.00 1.00 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 6.00 Cuadro 3: Datos voltaje-corriente sobre una resistencia Figura 13: Curva caracterı́stica 5. Cuestionario 1. Grafique I = f (V ) con los valores obtenidos en el amperı́metro y voltı́metro. Ver Resultados Experimentales. 2. ¿En cual de los elementos se cumple la ley de Ohm y en cuáles no? Explique su respuesta. Vemos que, en general, la resistencia estudiada en los Resultados Experimentales cumple la ley de Ohm de muy buena manera hasta un voltaje de 5 V, pues: Vi =2 Ii Desde i = 1 hasta i = 9, que son las mediciones mostradas en el Cuadro 3. 3. Para una diferencia de 0,8 voltios, halle las resistencias de los tres elementos. Consideremos que los elementos son óhmicos en una vecindad de 0.8 voltios. Esto es: V = IR = f (V )R R= V f (V ) En particular, para 0.8 voltios: R(0.8) = 0.8 f (0.8) Ası́, sobre el diodo (experimental): R(0.8) = 0.8 0.6 Luego, R = 1.3Ω Sobre el foco: R(0.8) = 0.8 0.8 0.8 = = f (0.8) 0.04441(0.8) + 0.05 0.08528 R(0.8) = 0.8 0.8 0.8 = = f (0.8) 0.0209(0.8) + 0.0019 0.08528 Luego, R = 9.4Ω Sobre la resistencia: Luego, R = 42.9Ω 4. En el o los casos en que la curva I vs V obtenida en el osciloscopio sea una recta determine la pendiente de la recta y por lo tanto la resistencia del elemento. Compare con los valores obtenidos manualmente usando voltı́metro y amperı́metro. Como vimos, la resistencia estudiada respeta una proporción directa (y lineal) entre el voltaje y la intensidad (si hacemos la comparativa en el Cuadro 3), de ahı́ que según el inciso 2. hallamos que la resistencia en cuestión serı́a de 2Ω. 5. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje crı́tico a partir del cual comienza a conducir. ¿Cuál es sus valor? El voltaje crı́tico al cual comienza a conducir está dado por aquel del cual a partir de éste el incremento en la intensidad es exponencial. Dada la muy buena aproximación, como se puede ver en la curva caracterı́stica sobre un diodo (Figura 11) con un R2 muy cercano a la unidad, podemos estimar que el voltaje crı́tico se encuentra en una vecindad de 0.70 V (pues hasta antes de ello, el crecimiento en la corriente es aproximadamente afı́n). 6. Escriba sus conclusiones y/o comentarios. Ver Conclusiones y Observaciones. 6. Conclusiones y Observaciones La curva caracterı́stica nos puede dar información estadı́stica si un material cumple la ley de ohm y ası́ decir si un material es óhmico. En la gráfica de relación del diodo podemos apreciar que la tendencia de la curva que hemos graficado, no tiende a ser una recta, mas tiende a ser una exponencial. De esto podemos inferir que la resistencia de este material no es constanto, ergo no es un material óhmnico. Ver Figura 11. La gráfica relacionada al foco, tiende a tener un carácter lineal en cierto tramo de potencial eléctrico y corriente. Podemos deducir de esto, que a determinado voltaje y corriente, este material se comporta como un material óhmnico (resistencia constante). Mas para diferentes potenciales y corrientes de 3,5V a 5V y 0.15A a 0.2A, este material no verifica ser un material óhmnico.Ver Figura 12. De entre los 3 datos que se nos han dado, la tabulación asociada al material resistencia, tiende a ser la más lineal entre todas. Por ello, podemos afirmar que el comportamiento de este material es el de un material óhmnico. Ver Figura 13. Los datos que se nos han dado fueron dados por el docente de laboratorio, no obstante, al indagar en internet y libros, podemos corroborar que los resultados obtenidos en las gráficas del comportamiento óhmnico de estos materiales coincide con los datos ya conocidos de los mismos, publicados en sitios web y libros. 7. Bibliografı́a Alonso, M., Finn, E. J. (1998). Fı́sica, vol. II. Edición Revisada y Aumentada, Mecánica, Fondo. FÍSICA, SERWAY Raymond A. Tomo II. 1996. Resnick, R., Halliday, D., Krane, K. S. (1996). Fı́sica II. Sears, Z., Young, F. (2009). Fı́sica universitaria undécima edición.
