lab 3 fisica iii

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL_______________________________________

CURVAS CARACTERÍSTICAS VOLTAJE – CORRIENTE

1. OBJETIVO

Obtener las gráficas corriente-voltaje de elementos resistivos y estudiar sus característicos.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Corriente Eléctrica El término corriente eléctrica, se emplea para describir la tasa de flujo de carga que pasa por alguna región de espacio. La mayor parte de las aplicaciones prácticas de la electricidad tienen que ver con corrientes eléctricas.

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:

I en amperios. Por lo cual, la equivalencia es: 1A = 1C/sSi la intensidad permanece constante, en cuyo caso se denota Im, utilizando incrementos finitos de tiempo se puede definir como:

LABORATORIO N°3 FISICA III Página 1


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

Foco : la batería de una luz de destellos suministra corriente al filamento de la bombilla cuando el interruptor se conecta. Una gran variedad de aparatos domésticos funcionan con corriente alterna. En estas situaciones comunes, el flujo de carga fluye por un conductor, por ejemplo, un alambre de cobre. Es posible también que existan corrientes fuera de un conductor. Por ejemplo, un haz de electrones en el tubo de imagen de una TV constituye una corriente.

Resistencia : Se le llama resistencia eléctrica a la mayor o menor oposición que tienen los electrones para desplazarse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el sistema internacional es el ohm, que se representa con la letra griega omega (Ω).La resistencia está dada por la siguiente fórmula:

ρ: coeficiente de la resistividad del material.

La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal)Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia.Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la diferencia de potencial eléctrico y la corriente en que atraviesa dicha resistencia, así:1

Donde: R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.


http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica#cite_note-1


Diodo : Un diodo es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

3. EQUIPO

Una fuente de corriente continua (6V)

Un reóstato que es utilizado como potenciómetro



Un voltímetro de 0 – 10 V Un amperímetro de 0 – 1 A

Una caja con tres elementos y dos resistencias de valores dados

Un transformador 220/6V, 60 Hz



4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Identifique en la caja de cinco elementos, los elementos incógnita cuyas curvas características nos proponemos investigar: E1, E2 y E3. Observe también que hay una resistencia de 1 ohm y una de 100 ohm. 2. Arme el circuito como se muestra en la figura 1 y regulando la fuente para que entregue 6V.

Fig.1 Equipo armado

3. Gire el cursor del reóstato a fin de que el voltaje medido sea nulo.4. Conectar la lámpara (E1) a fin de averiguar el comportamiento de la resistencia de su filamento.5. Varié el cursor del reóstato para medir la intensidad de corriente que circula por el filamento del foquito cuando la diferencia de potencial es de 1 voltio. Sugerencia: Emplear una escala de 5 o 6V. (En el voltímetro)6. Repetir los pasos anteriores para 2, 3, 4, 5 y 6V.7. Repetir los pasos 4 y 5 para la resistencia de carbón (E2) 8. Repetir los pasos 4 y 5 para el diodo (E3) pero teniendo cuidado de no pasar de 0.9 A (se quema). Obtenga los datos de voltaje para corrientes de 0.0; 0.1; 0.2;…; 0.9 A.

5. DATOS EXPERIMENTALES



Voltaje (V) Corriente (A)0.00 0.001.00 0.122.00 0.162.50 0.183.00 0.193.50 0.204.00 0.214.50 0.225.00 0.236.00 0.25

Para el FOCO

Voltaje (V) Corriente (A)0.0 0.0001.0 0.0202.0 0.0452.5 0.0503.0 0.0653.5 0.0704.0 0.0804.5 0.0955.0 0.1006.0 0.125

Para la RESISTENCIA

Voltaje(V) Corriente (A)0.35 0.010.40 0.020.40 0.040.45 0.060.48 0.080.50 0.100.55 0.200.60 0.300.65 0.600.70 0.90

Para el DIODO

6. CÁLCULOS Y RESULTADOS

6.1. Grafique I=f (V) con los valores obtenidos en los pasos 4, 5, 6 y 7.

Para el Foco

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.000.000.050.100.150.200.250.30

f(x) = − 0.00710789907442628 x² + 0.0782642322809687 x + 0.0216926588056294R² = 0.959189307980369

Gráfico I vs V

Corriente (A)Polynomial (Corriente (A))

Voltaje (V)

Inte

nsid

ad d

e Co

rrie

nte

Eléc

tric

a (A

)

Para la Resistencia



0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.00.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.140

f(x) = 0.0204750204750205 x + 0.000503685503685514R² = 0.995866754621618

Gráfico I vs V

Corriente (A)Linear (Corriente (A))

Voltaje (V)

Inte

nsid

ad d

e Co

rrie

nte

Eléc

trica

(A

)

Para el Diodo

0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.800.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00f(x) = 0.000192743361100333 exp( 12.3492361348822 x )R² = 0.973378659121732

Gráfico I vs V

Corriente (A)Exponential (Corriente (A))

Voltaje (V)

Inte

nsid

ad d

e Co

rrie

nte

Eléc

tric

a (A

)

Cálculo de la resistencia en el elemento 2 (resistencia de carbón):y=0.0205x + 0.0005 y : corriente (A) ; x : voltaje (V)I = 0.0205V + 0.0005 V=IR R = 1/0.0205 R = 48.78 ΩCalculo del error: RTEORICO = 47 Ω; REXP. = 48.78 Ω

% ERROR = ( 48.78Ω−47Ω47Ω )∗100% % ERROR = 3.79 %

Para el diodoEl modelo matemático más empleado es el de Shockley, que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayoría de las aplicaciones. La ecuación que liga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es:



Donde: I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo VD es la diferencia de tensión entre sus extremos.

IS es la corriente de saturación (aproximadamente ) n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del

diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).

El Voltaje térmico VT es aproximadamente 25.85mV en 300K, una temperatura cercana a la temperatura ambiente. Para cada temperatura existe una constante conocida definida por:

; .

Para voltajes pequeños en la región de polarización directa, se puede eliminar el “-1” de la ecuación, quedando como resultado:

Se observa claramente que la ecuación tiene la forma I = a e V/b, tomando logaritmo neperiano para obtener los coeficiente a y b, la expresión quedaría

ln ( I )=Vb

+ ln(a)

Que vendría a ser la ecuación de una recta.

V(volt) I(ampere) Ln(I)

0.35 0.01 -4.6050.40 0.02 -3.9120.40 0.04 -3.2190.45 0.06 -2.8130.48 0.08 -2.5260.50 0.1 -2.3030.55 0.2 -1.6090.60 0.3 -1.2040.65 0.6 -0.5110.70 0.9 -0.105



0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

-5.000

-4.500

-4.000

-3.500

-3.000

-2.500

-2.000

-1.500

-1.000

-0.500

0.000f(x) = 12.349498997996 x − 8.55424549098196R² = 0.973390957420318

Ln (I) vs V

Voltaje (V) Ln

( I )

La ecuación quedaría: Ln(I) = 12.349 V – 8.5542 . De la ecuación obtenemos que 1/b = 12.349 por lo tanto b = 0.08098 y a = e-8.5542 = 1.9273x10-4. El comportamiento del diodo estaría dado por la expresión:

I = 1.9273x10-4 (eV/0.08098)

Comparando esta ecuación con la ecuación del comportamiento de un diodo ideal tendríamos lo siguiente:T° = 27 ºC, IS = 1.2x10-11A, n = 1 nos quedaría la expresión:

Comportamiento Ideal del Diodo

I = 1.2x10-12(eV/0.026 -1)

6.2. ¿En cuál de los elementos se cumple la Ley de Ohm y en cuáles no? Explicar.

Foco: En el foco SÍ cumple la Ley de Ohm, ya que la relación entre la densidad de corriente y el campo eléctrico obedece a una constante, que es independiente al campo que produce la corriente, además de que al aplicar una diferencia de potencial se obtiene una intensidad de corriente dado.Resistencia de Carbón: En la resistencia SI cumple la Ley de Ohm, ya que en el grafico nos indica el comportamiento de la intensidad de corriente lo cual corresponde a una recta, donde el valor de R es constante y es la relación V/I.Diodo: En el caso del diodo, NO cumple la ley de Ohm, ya que al aplicar un diferencial de potencial nos resulta una corriente en una sola dirección, pero al invertir la polaridad, no nos da ninguna intensidad de corriente, por lo que la resistencia no siempre es constante.



6.3. Para una diferencia de 0.8 V, halle las resistencias de los 3 elementos

FOCOy=−0.0071x2+0.0783 x+0.0217

En la ecuación: X = 0.8 V I = 0.0798 A Ley de Ohm: R= V/IR = 0.8 V / 0.0798 A R = 10 Ω

RESISTENCIA (CARBON)y=0.0205x+0.0005

En la ecuación: x = 0.8 V I = 0.0169 A Ley de Ohm: R = V/IR = 0.8 / 0.0169 A R = 47.3 Ω

DIODO

y=1.9273∗10−4℮x

0.08098

En la ecuación: x = 0.8 V I = 3.7613 A

6.4. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje crítico a partir del cual comienza a conducir. ¿Cuál es ese valor?

En voltaje crítico del diodo, en la figura, es el punto a partir del cual la gráfica empieza a crecer bruscamente. Por lo tanto existe un voltaje crítico para el diodo. Ver gráfica.



7. OBSERVACIONES

Si el dispositivo mide voltaje y no pasa corriente entonces se debe invertir la polaridad.

En caso de la cerámica y el foco estos pueden variar la resistencia del reóstato y se puede encontrar la corriente para cada voltaje mientras que para el diodo hay que tener mucho cuidado de que la corriente no sea mayor a la indicada en el laboratorio ya que si no esta se puede quemar.

8. CONCLUSIONES

De los resultados obtenidos de la gráfica se puede notar que, no todos los materiales cumplen la ley de Ohm.

“Ley de Ohm”: Si la resistencia de un conductor es independiente del voltaje aplicado, se dice que cumple la ley de Ohm.

Obsérvese que la relación V = IR, no es un enunciado de la ley de Ohm. Un conductor cumple con la ley de Ohm, solo si su curva V - I es lineal; esto es si R es independiente de V y de i. La relación R = V/I sigue siendo la definición general de la resistencia de un conductor, independientemente de si este cumple o no con la ley de Ohm.

La variación de la temperatura puede variar la resistencia de cualquier conductor.

La ley de ohm no se cumple universalmente si no que se restringe a límites específicos, esta cumple para la mayoría de los metales.

La ley de ohm es una propiedad empírica que comparte gran cantidad de sustancias. De esta ley puede deducir que la conductividad eléctrica de la sustancia varía mucho de un material a otro de muy altas como en el caso de conductores metálicos hasta los buenos aislantes los cuales son muchísimos mejores.

9. BIBLIOGRAFÍA

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_voltaje/ke_voltaje_1.htm

www.wikipedia.org

David Halliday, Robert Resnick, Fundamentos de Física(Tomo II), Décima edición, Pág. (127 – 137).


http://www.wikipedia.org/

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_voltaje/ke_voltaje_1.htm

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