LABORATORIO N°3

LEY DE OHMINTEGRANTES

NUÑEZ VERGARA, LUIS ENRIQUE

CODIGO. 1130561

ASENJO MARIN, RIKJARD ANDRE

CODIGO. 1212615

PROFESOR:

SANTA CRUZ DELGADO, JOSÉ

TURNO:

NOCHE

2013

LEY DE OHM

1. OBJETIVOS

Comprobar la ley de Ohm, que es demostrada con la ayuda de un alambre de NICROM y una resistencia.

Medir resistencias eléctricas usando voltajes y corrientes. Determinar la resistividad de conductores óhmicos.

2. EQUIPOS Y MATERIALES

Una (01) Fuente de poder regulable de 0 a 12 V

Un (01) Multímetro Digital Prasek Premium PR-85.

Un (01) Tablero de conexiones. Puentes de conexión.

Un (01) Cerámico porta muestra para alambre conductor

Una (01) Resistencia de 100 Ω.

Un (01) interruptor 0 – 1 (switch off/on). Alambre de Nicrom -204 cm de longitud (0,25mm ).∅

3.- FUNDAMENTO TEORICO

Ley de Ohm

La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.

La ecuación matemática que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

Deducción

Como ya se destacó anteriormente, las evidencias empíricas mostraban que (vector densidad de corriente) es directamente proporcional a (vector campo eléctrico). Para escribir ésta relación en forma de ecuación es necesario añadir una constante arbitraria, que posteriormente se llamó factor de conductividad eléctrica y que representaremos como s. Entonces:

Esquema de un conductor cilíndrico donde se muestra la aplicación de la Ley de Ohm.

El vector es el vector resultante de los campos que actúan en la sección de alambre que se va a analizar, es decir, del campo producido por la carga del alambre

en sí y del campo externo, producido por una batería, una pila u otra fuente de fem. Por lo tanto:

Puesto que , donde es un vector unitario tangente al filamento por el que circula la corriente, con lo cual reemplazamos y multiplicamos toda la ecuación por un :

Como los vectores y son paralelos su producto escalar coincide con el producto de sus magnitudes, además integrando ambos miembros en la longitud del conductor:

El miembro derecho representa el trabajo total de los campos que actúan en la sección de alambre que se está analizando, y de cada integral resulta:

Donde φ1 − φ2 representa la diferencia de potencial entre los puntos 1 y 2, y ξ representa la fem; por tanto, podemos escribir:

Donde U12 representa la caída de potencial entre los puntos 1 y 2.Donde σ representa la conductividad, y su inversa representa la resistividad ρ = 1/σ. Así:

Finalmente, la expresión es lo que se conoce como resistencia eléctrica.Por tanto, podemos escribir la expresión final como lo dice abajo:

CORRIENTE ELÉCTRICA

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se aprovecha en el electroimán.El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

CONDUCCIÓN ELÉCTRICA

Un material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de la electricidad a través del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decir que pertenezcan a algún átomo determinado.

Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar a otro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través de un alambre. Si la carga q se transporta a través de una sección transversal dada del alambre, en un tiempo t, entonces la intensidad de corriente I, a través del alambre es:

Aquí q está dada en culombios, t en segundos, e I en amperios. Por lo cual, la equivalencia es:

Una característica de los electrones libres es que, incluso sin aplicarles un campo eléctrico desde afuera, se mueven a través del objeto de forma aleatoria debido a la energía calórica. En el caso de que no hayan aplicado ningún campo eléctrico, cumplen con la regla de que la media de estos movimientos aleatorios dentro del

objeto es igual a cero. Esto es: dado un plano irreal trazado a través del objeto, si sumamos las cargas (electrones) que atraviesan dicho plano en un sentido, y sustraemos las cargas que lo recorren en sentido inverso, estas cantidades se anulan.

Cuando se aplica una fuente de tensión externa (como, por ejemplo, una batería) a los extremos de un material conductor, se está aplicando un campo eléctrico sobre los electrones libres. Este campo provoca el movimiento de los mismos en dirección al terminal positivo del material (los electrones son atraídos [tomados] por el terminal positivo y rechazados [inyectados] por el negativo). Es decir, los electrones libres son los portadores de la corriente eléctrica en los materiales conductores.

Si la intensidad es constante en el tiempo, se dice que la corriente es continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminución de carga en ningún punto del conductor, la corriente es estacionaria.

Para obtener una corriente de 1 amperio, es necesario que 1 culombio de carga eléctrica por segundo esté atravesando un plano imaginario trazado en el material conductor.

El valor I de la intensidad instantánea será:

Si la intensidad permanece constante, en cuyo caso se denota Im, utilizando incrementos finitos de tiempo se puede definir como:

Si la intensidad es variable la fórmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de tiempo considerado.

Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia que oponen los cuerpos:

Haciendo referencia a la potencia, la intensidad equivale a la raíz cuadrada de la potencia dividida por la resistencia. En un circuito que contenga varios generadores y receptores, la intensidad es igual a:

Donde: Σε es el sumatorio de las fuerzas electromotrices del circuito, Σε' es la suma de todas la fuerzas contra electromotrices, ΣR es la resistencia equivalente del circuito, Σr es la suma de las resistencias internas de los generadores y Σr' es el sumatorio de las resistencias internas de los receptores.

Intensidad de corriente en un elemento de volumen: , donde encontramos n como el número de cargas portadoras por unidad de volumen dV; q refiriéndose a la carga del portador; v la velocidad del portador y finalmente de como el área de la sección del elemento de volumen de conductor.

Definición por medio del magnetismo

La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga eléctrica, normalmente a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico, debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente. La ecuación que la describe en electromagnetismo es:

Donde es la densidad de corriente de conducción, es el vector perpendicular al diferencial de superficie, es el vector unitario normal a la superficie, y dS es el diferencial de superficie.

La carga eléctrica puede desplazarse cuando esté en un objeto y esté es movido, como el electróforo. Un objeto se carga o se descarga eléctricamente cuando hay movimiento de carga en su interior.

SOBRE EL EXPERIMENTO DE LA LEY DE OHM

Cuando ejecutamos el experimento de la Ley de Ohm, previamente seleccionamos una muestra del material conductor, aplicamos una diferencia de potencial uniforme a los extremos, y luego medimos la corriente resultante.Repetimos la medición para varios valores de diferencia de potencial y tabulemos los datos de voltaje V y de corriente I; luego, graficamos los resultados en una hoja de papel milimetrado. Normalmente sé grafica los valores de la variable dependiente en el eje de las Ordenadas y la variable independiente en las abscisas, sin embargo, en este caso, por conveniencia hará una permuta en el uso de los ejes de coordenadas.

Los puntos experimentales ploteados se ubicarán aproximadamente a lo largo de una línea recta, esto nos indicará que la razón V / I es una constante, esta es la pendiente de la recta graficada.En consecuencia la resistencia de este conductor es una constante, independiente de la diferencia de potencial y de la corriente que fluye por él. En este caso, decimos que el material obedece a la ley de Ohm, y podemos enunciar:Un dispositivo conductor obedece la ley de Ohm, si la resistencia entre cualquier par de puntos del mismo, es independiente de la magnitud de la diferencia de potencial aplicado.Como corolario experimental podemos concluir, que todo material o elemento conductor si obedece la ley de Ohm, se llama óhmico.

4. PROCEDIMIENTO

1. Asegúrese que el alambre de Nicrom, se encuentra enroscado en la porta-muestra cerámica, y lo llamaremos R, según el circuito.

2. Arme el circuito mostrado en la figura Nº 2, el interruptor debe estar en 0 (Off).

3. Hacer un chequeo minucioso de todos los instrumentos de medición y que estos hayan sido correctamente conectados

4. Cierre el interruptor (S) del circuito.

5. Active la fuente y seleccione un nivel de voltaje U, anote este valor en la tabla N° 1.

6. Mida con el voltímetro la caída de potencial (el voltaje a través de resistencia), anote su resultado en la tabla N° 1.

7. Mida la corriente con el amperímetro que circula por la resistencia, anote sus resultados en la tabla N° 1.

8. Repita los pasos (6) y (7) para varias lecturas de U, anote sus resultados en la tabla.

TABLA N° 1

Muestra: Alambre de NICROM

Voltaje de la fuente U (voltio)

Voltímetro V (voltio)

Amperímetro I (Amperio)

Relación V/I (Ω)

2 1.96 0.077 25.46

4 3.94 0.154 25.58

6.01 5.88 0.229 25.68

8.01 7.88 0.306 25.75

10.01 9.85 0.380 25.92

12 11.84 0.451 26.25

9. En una hoja de papel milimetrado coloque los valores de Voltaje (V) en el eje de

las ordenadas y las corrientes (I) en las abscisas.

10.Ponga el voltaje a cero y desactive la fuente.

11.Reemplace en el circuito de la figura Nº 2, la porta-muestra cerámica de

resistencia R, con una resistencia de valor conocida, por ejemplo de 100 Ω.

12.Active la fuente y repita todas las lecturas anteriores en la tabla N°2

TABLA N° 2

Muestra: Resistencia de 100 Ω

Voltaje de la fuente U (voltio)

Voltímetro V (voltio)

Amperímetro I (Amperímetro)

Relación V/I (Ω)

2.01 2 0.020 100

3.99 3.97 0.040 99.25

6.01 5.95 0.059 100.84

8 7.96 0.080 99.50

10 9.94 0.099 100.40

12 11.96 0.120 99.67

13.En otra hoja de papel milimetrado coloque los valores de Voltaje (V) en el eje de las ordenadas y las corrientes (I) en las abscisas con los datos de la tabla N°2.

6. CUESTIONARIO

1. ¿Cómo cambia la corriente I a través de un alambre (Nicrom) si se triplica el voltaje V?

Según nuestra tabla N°1 el promedio de la resistencia de Nicrom es: 25.773

Voltímetro V (voltio)

Amperímetro I (Amperio)

1.96 0.077

Entonces, para el primer dato tomado si triplicamos el voltaje seria 3V=5.88Ahora calculamos la intensidad de corriente mediante la ecuación: I=V /R

I=5.88/25.773=0.228

Por lo tanto diríamos que la corriente se triplica.

2. ¿Cuál es la relación entre el voltaje V y la intensidad de corriente I usando los valores de las tablas N°1 y N°2? Calcule el promedio de estos cocientes para cada muestra (para cálculos use la teoría de propagación de errores).

MUESTRARelación V/I (Ω)Nicrom

Relación V/I (Ω)Resistencia de 100 Ω

1 25.46 1002 25.58 99.253 25.68 100.844 25.75 99.505 25.92 100.406 26.25 99.67PROMEDIO 25.77 99.94R 25.77±0.115 99.94±0.244

3. ¿Qué condición debe satisfacer el valor de R en el alambre de Nicrom, sometido al ensayo eléctrico?

El valor de la resistencia del alambre debe cumplir las mismas condiciones que cualquier otra resistencia de mantener constante la relación entre el voltaje de la fuente (v) y la corriente (A).

4. La relación entre la corriente I, voltaje V y resistencia eléctrica R, represéntelos como una ecuación. ¿Es lineal o cuadrática?

De la grafica de la tabla N°1 se obtiene la ecuación: V = 26.33I - 0.1165 de donde 26.33 es aproximadamente el valor de la Resistencia del Nicrom y despreciamos 0.1165, entonces obtendríamos lo siguiente: V=RI.

Y de la grafica de la tabla N°2 se obtuvo la ecuación: V = 99.871I + 0.0056, donde 99.871 es valor de la Resistencia y despreciamos 0.0056, se obtendría también: V=RI.Por lo tanto podríamos representar a V, I y R en la ecuación:

V=RIDe esta ecuación notaremos que es una ecuación lineal que en este caso el término independiente es cero y la pendiente de esta ecuación será R.

5. De la experiencia de este laboratorio. Opine usted; ¿Qué significa resistencia eléctrica?

Es un efecto físico que afecta a la corriente eléctrica. Se trata de una oposición o dificultad que presentan los materiales a que por ellos circule la corriente eléctrica. No existe un único mecanismo físico que explique la resistencia pero básicamente podemos atribuirla a que las partículas portadoras de carga eléctrica no se mueven libremente por el seno del material conductor, sino que en su recorrido van chocando con los átomos fijos que formas dicho material. Así pues, las partículas son en muchos casos rebotadas o desviadas de su trayectoria original (rectilínea), cediendo parte de su energía cinética a la estructura del material y provocando por tanto un calentamiento de este.

7. OBSERVACIONES

Se observa que la fuente de poder no estaba bien calibrada el voltaje de la fuente de poder y el medidor en el circuito. En realidad el voltaje de la fuente de poder en las tablas deberían ser prácticamente los mismos que los medidos en el circuito.

8. CONCLUCIONES

La ley de Ohm establece una relación lineal entre la corriente y el voltaje

9. RECOMENDACIONES

La persona que va a manipular equipos eléctricos debe usar guantes de protección así como todos los equipos eléctricos que se van a usar deben de tener un supresor de pico

10. BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_ley_ohm/ke_ley_ohm_1.htm http://www.unicrom.com/Tut_leyohm.asp http://es.wikiversity.org/wiki/Ley_de_Ohm http://html.rincondelvago.com/ley-de-ohm_4.html http://cafpe3.ugr.es/teaching/labo_fisica_general/texto/ohm.htm