CORRIENTE Y RECISTENCIA
FRANCISCO MALAGONDOCENTE
ANGELICA ANDREA GUTIERREZANGELICA ESMERALDA SANCHEZ
GALINDOGERMAN ANDRS CUELLAR ESTEVENZSANDRA MIREYA BELTRN MARTN
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA NACIONALELECTROMAGNETISMO IBOGOT, 26 DE
NOVIEMBRE DEL 2012. CORRIENTE ELCTRICA Y RESITENCIA
OBJETIVO GENERAL Observar con la ayuda de una protoboard como
fluye la corriente elctrica y como es su comportamiento al crear
resistencias en paralelo y en serie.
OBJETIVOS ESPCIFICOS Observar de manera experimental el flujo de
corriente elctrica a travs de una protoboard. Crear un circuito
apto para el flujo de corriente. Interponer una o varias
resistencias a travs del circuito montado y dar cuenta de su
comportamiento con dichas resistencias Comparar las resistencias
halladas experimentalmente con las dadas en la teora. Saber si el
comportamiento de la corriente elctrica es el mismo a travs de
todos los circuitos sin importar su ubicacin.
INTRODUCCINPara hablar de corriente elctrica y de circuitos
elctricos es preciso hablar de la electricidad que hace referencia
a la interaccin de cargas positivas y negativas en un cuerpo las
cuales generaran algn tipo de proceso fsico en este. Teniendo claro
el concepto de electricidad, se podr pasar a hablar de corriente y
de circuitos, se empezar diciendo que la corriente es el flujo de
electricidad (cargas de un mismo signo) que pasa por algn rea en
ciertos intervalos de tiempo.Ahora bien, este flujo tiene que pasar
por algn medio para llegar a determinado lugar, es a esto a lo que
llamamos circuito elctrico, que no es mas que el medio por el cual
se desplaza ese flujo elctrico. Este circuito elctrico est
compuesto por ciertos materiales, los cuales harn mas fcil o mas
difcil el paso de la electricidad, entonces se vera tambin que
materiales posibilitaran mejor este flujo de corrienteLa corriente
elctrica tiene diferentes valores los cuales se pueden disminuir
atraves de ciertas resistencias las cuales pueden estar presentes
por el medio por donde se decida dejar correr (el circuito). En
nuestro laboratorio, lo que se busca es realizar una observacin
detenida de cmo funciona un circuito con y sin resistencias y a
partir de esto ver como son en serie y paralelas.
MARCO TERICOCorriente ElctricaSiempre que se mueven cargas
elctricas de igual signo se establece una corriente elctrica. Para
definir la corriente de manera ms precisa, supongamos que las
cargas se mueven perpendiculares a una superficie de rea A, como en
la figura 1, (esta sera el rea de la seccin transversal de un
alambre, por ejemplo.) La corriente es la tasa a la cual fluye la
carga por esta superficie. Si Q es la cantidad de carga que pasa
por esta rea en un intervalo detiempot, la corriente promedio,
Ipro, es igual a la carga que pasa por A por unidad de tiempo:
Figura 1. Cargas enmovimientoa travs de un rea A. La tasa de
flujo de carga en el tiempo a travs del rea se define como la
corriente I. ladireccinde a la cual la carga positiva fluira si
tuvieralibertadde hacerlo.
Si la tasa a la cual fluye la carga vara en el tiempo, la
corriente tambin vara en el tiempo, y definimos a la corriente
instantnea I como el lmite diferencial de la ecuacin:
La unidad de corriente delSistemaInternacional es el ampere
(A).
Esto significa que 1 de corriente es equivalente a 1C de carga
que pasa por el rea de la superficie en 1s.
Figura 2: Una seccin de una conductor uniforme de rea de seccin
transversal A.
Los portadores de carga se mueven con unavelocidadvd y la
distancia que recorren en un tiempo t est dada por x=vdt. El nmero
de portadores de cargas mviles en la seccin de longitud x est dado
por nAvdt, donde n es el nmero de portadores de carga mviles por
unidad devolumen.Las cargas que pasan por la superficie en la
figura 2, pueden ser positivas negativas o de ambos signos. Es una
convencin dar a la corriente la mismadireccinque la del flujo de
carga positiva. En un conductor como elcobrela corriente se debe
almovimientode electrones cargados negativamente. Por lo tanto,
cuando hablamos de corriente en un conductor ordinario, como un
alambre de cobre, la direccin de la corriente es opuesta a la
direccin del flujo de los electrones. Por otra parte, si se
considera un haz de protones cargados positivamente en un
acelerador, la corriente est en la direccin del movimiento de los
protones. En algunos casos gasesy electrolitos, por ejemplo la
corriente es el resultado del flujo tanto de cargas positivas como
negativas. Es comn referirse a una carga en movimiento (ya sea
positiva o negativa) como un portador de carga mvil. Por ejemplo,
los portadores de carga en un metal son los electrones.Es til
relacionar la corriente con el movimiento de partculas cargadas.
Para ilustrar este punto, considere la corriente en un conductor de
rea de seccin transversal A (figura 2). Elvolumende un elemento del
conductor de longitud x (la regin sombreada en la figura 2) es Ax.
Si n representa el nmero de portadores de carga mvil por unidad de
volumen, entonces el nmero de portadores de carga mvil en el
elemento de volumen es nA. Por lo tanto, la carga Q en este
elemento es igual a (nAx)q. Donde q es la carga en cada partcula.
Si los portadores de cargas se mueven con unavelocidadvd la
distancia que se mueven en un tiempo t es x = vdt. En consecuencia,
podemos escribir q en la forma Q = (nAvdt)qSi dividimos ambos lados
de la ecuacin por t, vemos que la corriente en el conductor est
dada por:
Resistenciayleyde OHM
Las cargas se mueven en un conductor para producir una corriente
bajo la accin de uncampo elctricodentro del conductor. Uncampo
elctricopuede existir en el conductor en este caso debido a que
estamos tratando con cargas en movimiento, una situacin
noelectrosttica.Considere un conductor de rea transversal A que
conduce una corriente I. Ladensidadde corriente J en el conductor
se define como la corriente por unidad de rea. Puesto que la
corriente se puede expresar como I=nqvdA, ladensidadde corriente
es:
Donde J tiene unidades delSistemaInternacional A/m2. La expresin
es vlida slo si la densidad de corriente es uniforme y slo si la
superficie del rea de la seccin transversal A es perpendicular a la
direccin de la corriente. En general, la densidad de corriente es
una cantidad vectorial:
A partir de esta definicin, vemos otra vez que la densidad de
corriente, al igual que la corriente, est en la direccin del
movimiento de los portadores de carga negativa. Una densidad de
corrienteJy un campo elctrico E se establece en un conductor cuando
se mantiene una diferencia de potencial a travs del conductor. Si
la diferencia depotenciaes constante, la corriente tambin lo es. Es
muy comn que la densidad de corriente sea proporcional al campo
elctrico.
Donde la constante de proporcionalidad recibe el nombre de
conductividad del conductor. Losmaterialesque obedecen a la
anterior ecuacin se dice que cumplan laley de Ohm, en honor de Simn
Ohm (1787-1854). Ms especficamente, la ley de Ohm establece que, en
muchos materiales (incluidos la mayor parte de los metales), la
proporcin entre la densidad de corriente y el campo elctrico es una
constante, que es independiente del campo elctrico productor de la
corriente. Los materiales que obedecen laleyde Ohm y que, en
consecuencia, presentan estecomportamientolineal entreEyJ se dice
que son hmicos.Elcomportamientoelctrico de la mayor parte de los
materiales es bastante lineal para pequeos cambios de la corriente.
Experimentalmente, sin embargo, se encuentra que no todos los
materiales tienen estapropiedad. Los materiales que no obedecen la
ley de Ohm se dice que son no hmicos. La ley de Ohm no es una ley
fundamental de la naturalezasino ms bien una relacin emprica vlida
slo para ciertos materiales.
Figura 3.
Una forma de la ley de Ohm til en aplicaciones prcticas puede
obtenerse considerando un segmento de un alambre recto de rea de
seccin transversal A y longitud e, como se ve en la figura 3. Una
diferencia de potencial V =Vb, Va se mantiene a travs del alambre,
creando un campo elctrico en ste y una corriente. Si el campo
elctrico en el alambre se supone uniforme, la diferencia de
potencial se relaciona con el campo elctrico por medio de la
relacin
Por tanto, podemos expresar la magnitud de la densidad de la
corriente en el alambre como
Conductor Elctrico
Se dice que un cuerpo esconductor elctricocuando puesto en
contacto con un cuerpo cargado deelectricidad transmite sta a todos
los puntos de su superficie.Generalmente es un elementometlicocapaz
de conducir la electricidad cuando es sometido a una diferencia de
potencial elctrico. Para que ello sea efectuado eficientemente, se
requiere que posea una bajaresistenciapara evitar prdidas
desmedidas porEfecto Jouley cada detensin.Para el transporte de
laenerga elctricael metal empleado universalmente es elcobreen
forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea
elaluminio, metal que si bien tiene unaconductividad elctricadel
orden del 60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho ms
ligero, lo que favorece su empleo en lneas de transmisin de energa
elctrica
Factores de los cuales depende la resistencia de un
conductor:Desde la poca de Ohm hasta nuestros das, se han venido
haciendo experimentos con el objeto de conocer la mayor o menor
capacidad de los materiales para conducir electricidad. Los
resultados obtenidos a travs de esos experimentos han conducido a
decir que el valor de la resistencia de un conductor depende de la
longitud, el rea de la seccin y el material del cual est
fabricado.De acuerdo a todo esto podemos escribir que:1. La
resistencia R del conductor es directamente proporcional a la
longitud L. Es inversamente proporcional al rea A del conductor.
Depende del material del conductor a travs de una constante que
designaremos con la letra ro (p) y que llamaremos resistividad o
resistencia especifica. Se expresa como:R = p.L/A. donde R es la
resistencia del conductor, p es la resistividad o resistencia
especfica y A: es el rea o seccin del conductor.1. La corriente
elctrica consiste en el movimiento ordenado de cargas elctricas por
un material. 1. Las cargas que se mueven por los aparatos elctricos
que usamos a diario son las cargas negativas.1. Las cargas de una
corriente elctrica transporta energa, a la que llamamos energa
elctrica.1. La energa elctrica puede transformarse en otras formas
de energa, como la luz, el sonido, el calor o el movimiento.1. Los
materiales conductores son los materiales por los que la corriente
elctrica circula con facilidad. 1. Los metales como el cobre, el
oro o la plata.1. La corriente elctrica no circula igual por todos
los materiales.1. Segn su comportamiento con la corriente elctrica,
los materiales pueden ser: conductores o aislantes.
Resistencias:La resistencia elctrica de un objeto es una medida
de su oposicin al paso de corriente. Descubierta por Georg Ohm en
1827, la resistencia elctrica tiene un parecido conceptual a la
friccin en la fsica mecnica. La unidad de la resistencia en el
Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (). Para su medicin
en la prctica existen diversos mtodos, entre los que se encuentra
el uso de un ohmnmetro. Adems, su cantidad recproca es la
conductancia, medida en Siemens.La resistencia de cualquier objeto
depende nicamente de su geometra y de su resistividad, por geometra
se entiende a la longitud y el rea del objeto mientras que la
resistividad es un parmetro que depende del material del objeto y
de la temperatura a la cual se encuentra sometido.
Imagen 1.
Partes de una protoboardImagen 2.
CircuitosUn circuito elctrico es una interconexin de componentes
elctricos tales que la carga elctrica fluye en un camino cerrado,
por lo general para ejecutar alguna tarea til.Los componentes en un
circuito elctrico pueden ser muy variados, puede tener elementos
como resistores, capacitores, interruptores, transformadores y
electrnicos. Los circuitos electrnicos contienen componentes
activos, normalmente semiconductores, exhibiendo un comportamiento
no lineal, necesitando anlisis complejos. Los componentes elctricos
ms simples son los pasivos y lineales.El comportamiento de los
circuitos elctricos que contienen solamente resistencias y fuentes
electromotrices de corriente continua est gobernado por las Leyes
de Kirchoff. Para estudiarlo, el circuito se descompone en mallas
elctricas, estableciendo un sistema de ecuaciones lineales cuya
resolucin brinda los valores de los voltajes y corrientes que
circulan entre sus diferentes partes.La resolucin de circuitos de
corriente alterna requiere la ampliacin del concepto de resistencia
elctrica, ahora ampliado por el de impedancia para incluir los
comportamientos de bobinas y condensadores. La resolucin de estos
circuitos puede hacerse con generalizaciones de las leyes de
Kirchoff, pero requiere usualmente mtodos matemticos avanzados,
como el de Transformada de Laplace, para describir los
comportamientos transitorios y estacionarios de los mismos.
Un circuito elctrico bsico. La fuente de tensin V en la
izquierda provee una corriente I al circuito, entregndole energa
elctrica al resistor R. Del resistor, la corriente regresa a la
fuente, completando el circuito.
Tipos de circuitos
En un circuito elctrico existen tres formas de conectar los
generadores y los receptores: serie, paralelo y mixto.
Circuitos en serieLos elementos de un circuito estn conectados
en serie cuando se conectan uno a continuacin del otro formando una
cadena, de manera que la corriente que circula por un determinado
elemento, sea la misma que circula por el resto.La tensin en los
extremos del generador, ser igual a la suma de todas las tensiones
intermedias en los receptores.En caso de que uno de los receptores
se estropee, se desconectan todos los dems. En la figura 4, tenemos
un circuito serie que tiene una lmpara, un timbre y un motor. Si
uno de los tres receptores se estropea, los otros dos se
desconectan porque se abre el circuito.
Circuito paralelo. Todos los elementos estn conectados entre los
mismos puntos y, por tanto, a todos ellos se les aplica la misma
diferencia de potencial. La intensidad de corriente que sale del
generador es igual a la suma de las intensidades que circulan por
los receptores. En caso de que un receptor se estropee, a los dems
receptores no les ocurre nada. En la figura 5, tenemos un circuito
paralelo.
Circuito mixto
En un mismo circuito existen elementos conectados en serie y en
paralelo.En la figura 6, tenemos un circuito mixto.
Cmo funciona el Protoboard
El protoboard es una herramienta casi indispensable para
realizar pequeos proyectos electrnicos informales. La forma en la
que el protoboard funciona es muy sencilla y aunque existen de
diferentes tamaos, todos funcionan de la misma manera. Imagen
3.
El protoboard est compuesto por un arreglo de filas y columnas
con pequeos orificios, y en los extremos superior e inferior hay
dos filas paralelas las cuales normalmente soncontinuas(en algunos
protoboards existe un canal que corta por la mitad estas filas) y
poseen un cdigo de colores que por lo general es rojo para VCC o
voltaje, y azul para GND o tierra. La continuidad en el protoboard
energizado es por medio de las filas; es decir que si energizamos
el orificio A1, los puntos B1,C1, D1 y E1 se energizarn tambin...
debido al canal en el medio del "proto" los puntos F1,G1,H1,I1 y J1
no tendrn corriente. Este canal se utiliza para colocar circuitos
integrados (compuertas lgicas, GALs, PICs, etc) que poseen 6 o ms
pines, matrices de leds, LCDs, etc.Para energizar una fila solo
basta con conectar un extremo del alambre a cualquiera de los
orificios de la columna deseada y el otro extremo a cualquier punto
(por lo general el ms cercano) de la lnea roja de VCC o voltaje del
protoboard, como se muestra en la imagen (lneas rojas y
azules).Supongamos que se desea conectar un LED al protoboard... la
manera correcta de hacerlo sera as:
Imagen 4.
Conectamos la lnea roja del protoboard a una el extremo positivo
de una batera o fuente de 5V y la lnea azul al extremo negativo.
Conectamos una resistencia (lo recomendado son 220 ohms, es para
evitar el fundir el LED) a corriente y el otro extremo a cualquier
orificio en el proto, despus conectaremos la "patita" ms larga del
LED en la misma fila que la resistencia y la otra (la patita ms
corta) en una fila diferente que conectaremos a tierra. El circuito
puede simplificarse conectando directamente la patita corta a la
lnea de tierra del protoboard.
MONTAJEPara la realizacin de nuestro laboratorio utilizamos los
siguientes materiales: Una protoboard. Imagen 5.
Cinco cables de cobre. Un LED Cinco resistencias. Una fuente con
cables banana caimn. Un voltmetro.
DISEO EXPERIMENTALInicialmente tomamos tres resistencias y
medimos su valor con ayuda de la imagen 1, donde nos dice cunto
vale cada color y midiendo con ayuda del voltmetro y la fuente se
calcul de manera experimental dicha resistencia expresando los
datos como se ve en la imagen 6 y se realizaron comparaciones. Como
se ve en la tabla 1.
Imagen 6.
Ahora, con ayuda de los materiales suministrados crearemos un
circuito en paralelo como el de la imagen 7.
Imagen 7.
Como se observa, se han colocado las resistencias en paralelo,
se toman las resistencias y como se explica en el marco terico, los
puentes donde se han colocado dichas resistencias van en forma
vertical, esto une las resistencias y hace que el LED que se
conecta como tambin se ve en la figura 4 alumbre. Al tomar el
voltmetro, conectado a la fuete, y hacer contacto con los cables
que estn a tierra y de voltaje, se puede observar cual es su
resistencia.
Ahora vamos a crear un circuito en serie, como se ve en la
imagen 8. Imagen 8.
Teniendo en cuenta la explicacin de las partes de una
protoboard, y sabiendo que posee puentes verticales y horizontales,
colocaremos las resistencias en los verticales, pero ahora en serie
y de igual manera conectaremos un LED y observar si se le
transfiere corriente para que alumbre. Realizamos el mismo
procedimiento que con el paralelo, con la ayuda de la fuente y el
voltmetro.
ANLISIS DEL LABORATORIOTabla 1. Resistencias de acuerdo al
color.
CafNegroRojoResultado tericoResultado experimental
10001000 980
Verde Caf Negro Resultado tericoResultado experimental
510510 509
Caf Negro Caf Resultado tericoResultado experimental
100100 99,9
Total de resistencia terica y experimental.
1610 1588,9
Como observamos en la anterior tabla, los resultados tericos se
acercan bastante a los experimentales. Al colocar el LED en la
protoboard con circuito en serie se observ, al hacer uso de la
fuente y el voltmetro que la intensidad de la luz de dicho LED se
mantiene; pero en el circuito en paralelo no tiene la misma
intensidad. CONCLUSIONES
BOBLIOGRAFIAhttp://sorrentohuertascastiblancolt.blogspot.com/2012/09/materiales-tecnologia.htmlhttp://compututorials.blogspot.com/2011/08/como-funciona-el-protoboard.html
