UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE

Facultad de Ciencias Bsicas

Laboratorio de Fsica III Segundo Periodo 2015INFORME VERIFICACIN EXPERIMENTAL DE LA LEY DE OHMJos L. Quitiaquez 21170091, Karol, 2, Paula Andrea Gonzlez M3, Alejandra4,

1Ingenieria Industrial Facultad Ingeniera, Departamento Operacin y sistemas, Universidad Autnoma de Occidente, direccin de la facultad, Cali Colombia..

RESUMEN.En el siguiente informe se presentan los resultados obtenidos en la prctica de laboratorio realizada para verificar, analizar y estudiar experimentalmente la ley de ohm, la cual como se ver ms adelante en el desarrollo del presente informe, mostr una relacin entre la diferencia de potencial y la corriente, lo cual permiti demostrar que el material de las resistencias empleadas es hmico a diferencia del bombillo y el LED. Adems, dicha ley permiti determinar los valores de las resistencias equivalentes en configuraciones individuales en serie, se utilizaron dos resistencias con valores rotulados de 100 y 1000 ohmios. Para cada configuracin en la parte 1, se realiz su correspondiente grfica de voltaje vs corriente, las cuales se pudieron obtener gracias al sensor de voltaje y a la herramienta Capstone, como dato importante, el voltaje se midi desde -5 V hasta 5 V con un intervalo de 0.5 V y una fuente de voltaje entregando 10 V; con base a dichas graficas se pudo obtener las resistencias equivalentes en cada caso como el inverso de la pendiente de la recta obtenida, adems se muestran las incertidumbres (absoluta y relativa) correspondientes. Como parte final del informe de la prctica, se realiz una comparacin entre las resistencias obtenidas en serie y en paralelo con las obtenidas individualmente.

Palabras claves: Resistencia, LED, ley de Ohm.INTRODUCCIN.La corriente elctrica es un movimiento de electrones, cuando los electrones circulan por un conductor, se encuentran con una cierta dificultad al trasportarse, a esta dificultad se le conoce como resistencia elctrica.La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos.

En esta prctica de laboratorio se estudia la ley de ohm que establece que a una temperatura dad, existe una proporcionalidad directa entre la diferencia de potencial aplicado a los extremos de un conductor y la intensidad de corriente que circula por el mismo, adems se introduce al manejo casi total del multmetro y el uso del cdigo de colores de las resistencias.

La experiencia de la ley de Ohm llevada en la prctica de laboratorio, est basada en materiales hmicos y no hmicos, y busca que los estudiantes estemos en capacidad de identificar por medio de grficas, clculos y anlisis, cuando un material se comporta hmico y no hmico. El objetivo principal de esta experiencia y de la cual nos guiaremos para llevar a cabo nuestro anlisis es establecer la relacin entre materiales hmicos y no hmicos, tal y como se dice anteriormente. As mismo, los estudiantes deben entender la relacin que deben tener la corriente, el voltaje y la resistencia con el tipo de material por el cual circulan.Es por esto que a lo largo de la experiencia, se valuaron tres materiales una resistencia que es un material hmico, un LED que no es un material hmico y una bombilla que se comporta como un material hmico despus de haber alcanzado cierta temperatura.

MARCO TERICO.Ley de Ohm:

LaLey de Ohmestablece que "Laintensidadde lacorriente elctricaque circula por unconductor elctricoes directamente proporcional a ladiferencia de potencialaplicada e inversamente proporcional a laresistenciadel mismo", se puede expresar matemticamente en la siguiente ecuacin:

Donde, empleando unidades delSistema internacional, tenemos que:

I= Intensidad enamperios(A)

V= Diferencia de potencial envoltios(V)

R= Resistencia enohmios().

Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor vara con la temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de corriente y el tiempo que est circulando.

La ley define una propiedad especfica de ciertos materiales por la que se cumple la relacin:

Un conductor cumple la Ley de Ohm slo si su curvaV-Ies lineal, esto es siRes independiente deVy deI.

LED: ElLED(Light-EmittingDiode: Diodo Emisor deLuz), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unin PN en la cual circula por l unacorriente elctricaEste fenmeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipoespecialde diodo que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz. Este dispositivo semiconductor est comnmente encapsulado en unacubiertadeplsticode mayorresistenciaque las devidrioque usualmente se emplean en las lmparas incandescentes. Aunque el plstico puede estar coloreado, es slo por razones estticas, ya que ello no influye en elcolorde la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razn por la cual el patrn de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.

Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED y evitar que este se pueda daar; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operacin va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que est relacionado con el material de fabricacin y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por l vara segn su aplicacin.Los Valorestpicos de corriente directa de polarizacin de un LED estn comprendidos entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en losdiodosde color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otrosLED. Losdiodos LEDtienen enormes ventajas sobre las lmparas indicadoras comunes, como su bajoconsumode energa, sumantenimientocasi nulo y con unavidaaproximada de 100,000 horas. Para la proteccin del LED en caso haya picos inesperados que puedan daarlo. Se coloca en paralelo y en sentido opuesto un diodo de silicio comn

En general, los LED suelen tener mejoreficienciacuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operacin de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto ms grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos).

Resistencias:

Se le denominaresistencia elctricaa la igualdad de oposicin que tienen los electrones al desplazarse a travs de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (), en honor al fsico alemnGeorge Ohm, quien descubri el principio que ahora lleva su nombre. La resistencia est dada por la siguiente frmula:

En dondees el coeficiente de proporcionalidad o laresistividaddel material.

La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, adems es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su seccin transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o seccin transversal) Descubierta porGeorg Ohmen 1827, la resistencia elctrica tiene un parecido conceptual a lafriccinen la fsica mecnica. La unidad de la resistencia en elSistema Internacional de Unidadeses elohmio(). Para su medicin, en la prctica existen diversos mtodos, entre los que se encuentra el uso de unohmmetro. Adems, su cantidad recproca es la conductancia, medida enSiemensPROCESO EXPERIMENTAL.La prctica de laboratorio se llev a cabo con el montaje de los equipos como se muestra en las figuras 1, la figura 2 y la figura 3 (ver anexo) lo que corresponden a los circuitos de los diagramas 1, diagrama 2 y diagramas 3, en ese mismo orden. Para la configuracin de la interfaz y de los sensores, se elige la interfaz universal 850 y se conectan a ella los sensores de voltaje y corriente, se conecta la interfaz al computador y se configuran los sensores desde el software Capstone.Se configura en la interfaz universal 850 una onda de salida con forma de rampa positiva y se establece una frecuencia de 0.1 Hz y 10V.

Por defectos la seal rampa positiva inicia con medio periodo positivo y luego toma valores de -10V hasta 10V, por esta razn se debe usar una condicin de detencin basados en nuestra frecuencia y amplitud se coloca un poco menos de medio periodo que en nuestro caso corresponde a 4.9 s.

Por ultimo en esta primera parte se crea una grfica de voltaje vs corriente para comprobar si cada material corresponde o no a material hmico y ver su relacin de voltaje y corriente dentro de cada tipo de componente electrnico.

Ya con todos los equipos calibrados y conectados se procede a hacer el montaje de la figura 1 que corresponde al diagrama 1, que es una fuente de voltaje en serie con una resistencia, para poder medir el voltaje en la resistencia se debe elegir dos puntos en el circuito el cual uno debe corresponder a tierra y el otro al punto donde se va a medir el cual debe ser al inicio de la resistencia dicho en otras palabras al ser nuestro circuito tan sencillo, solo una serie para medir el voltaje se monta nuestro sensor en paralelo con la resistencia. Para medir la corriente en un circuito se debe de conecta en serie con el componente que se desea medir.Esta medicin se repite pero cambiando el valor de la resistencia y se completa la tabla 1, para ver los valores de cada resistencia.

Para la tercera parte se reemplaza la resistencia por una bombilla lo que corresponde a la figura 2 y al diagrama 2 como ya se tienen los equipos calibrados no es necesario hacer cambios en este montaje, simplemente solo el cambio de componente.

Para la cuarta parte de este laboratorio se reemplazan todos los componentes y se conectan en serie a la fuente de poder una resistencia de 1K y un LED ahora se prosigue a medir el voltaje en el LED que para ellos se conecta en voltmetro en paralelo al LED y se conecta el ampermetro en serie al LED y se procede a la toma de datos, el circuito que se debe montar para esta prctica corresponde al diagrama 3. Figura 1a: Montaje para la toma de datos de la Esquema para la toma de datos de la curva

Figura 1b: Montaje para la toma de datos de la Esquema para la toma de datos de la curva

Figura 1c: Esquema para la toma de datos de la curva caracterstica de un circuito serie

1. Amplificador de potencia

2. Sensor de corriente

3. Resistencia

4. Sensor de voltaje La tercera parte de la prctica consisti en la Toma de datos para la curva caracterstica de un bombillo, la cual se realiz de la siguiente manera: Primero se realiz el montaje del circuito de la Figura 2a donde el resistor fue cambiado por un bombillo y cuyo esquema se muestra en la Figura 2b. Para registrar el ensayo, se cre una nueva grfica Corriente vs. Voltaje. Despus se repiti el paso 3 del procedimiento anterior iniciando la toma de datos en 0V, cambiando el valor del voltaje en pasos de 0.1V. Se detuvo la medicin hasta alcanzar una corriente de 0.2

Figura 2a: Montaje para la toma de datos de la curva caracterstica de un bombillo.

Figura 2b: Esquema para la toma de datos de la curva caracterstica de un bombillo

1. Amplificador de potencia

2. Sensor de corriente

3. Resistencia

4. Sensor de voltaje

Finalmente, la cuarta parte del laboratorio consisti en la Toma de datos de la curva caracterstica de un diodo emisor de luz (LED) para lo cual se procedi como sigue:

Primero se mont el circuito de la Figura 3a usando uno de los resistores de 100( de la caja de resistencias y un LED. El circuito se encuentra esquematizado en la Figura 3b. Luego se cre un grfico Corriente vs. Voltaje para registrar el ensayo. Se repiti el paso 3 del procedimiento para la toma de datos de la curva caracterstica de una resistencia, iniciando las medidas en -1.0V, cambiando el valor del voltaje en pasos de 0.1V. Se detuvo la medida al alcanzar una corriente de 0.8A.

Finalizada la prctica, se desconectaron todos los elementos y se apagaron los instrumentos de medicin.

Figura 3a: Montaje para la toma de datos de la curva caracterstica de un LED

Figura 3b: Esquema para la toma de datos de la curva caracterstica de un LED

1. Amplificador de potencia

2. Sensor de corriente

3. Resistencia

4. Sensor de voltaje RESULTADOS.A continuacin se muestran las tablas y grficas obtenidas a partir de los datos recopilados durante la prctica. Los resultados obtenidos a travs de estos grficos, permiten observar el comportamiento de un dispositivo hmico y de uno No hmico, a travs de las curvas caractersticas de cada elemento de carga (Resistencias o Bombillo). De igual forma permiten determinar y comparar el valor terico de las resistencias con el valor medido.

Tabla 1: Medicin de las resistencias

En la Tabla 1 estn consignados los valores e incertidumbres absolutas de las dos resistencias que se emplearon en los montajes de las Figuras 1b y 1c. La incertidumbre absoluta se pudo determinar a partir del hecho de que la tolerancia est definida por:

(1)De (1) se infiere que la Incertidumbre absoluta est dada por:

(2)De igual forma, el error relativo de exactitud est dado por:

(3)Por otro lado, en la Grfica 1 de Corriente vs. Voltaje para una resistencia conectada como se muestra en la Figura 1b la linealidad en el comportamiento de la indica que la resistencia es un dispositivo que sigue la Ley de Ohm.

De igual forma en la Grfica 2 se aprecia la curva caracterstica para un arreglo de 2 resistencias en serie como el esquematizado en la Figura 1c, el cual presenta un comportamiento lineal, como era de esperarse por tratarse de resistencias como en el caso anterior.

El caso contrario se puede apreciar en la Grfica 3, en la cual se aprecia la curva caracterstica para un bombillo que es sometido a una tensin variable, donde el comportamiento no es lineal lo cual indica que el bombillo es un dispositivo que no obedece a la Ley de Ohm.

En el caso de las resistencias las cuales obedecen a Ley de Ohm, debido a la linealidad en la curva caracterstica I-V, la pendiente de la grfica coincide con la aptitud para la conduccin elctrica que posee un cuerpo. Por lo tanto, cuanto mayor es la inclinacin de la caracterstica I-V mayor ser el grado de conductividad y mayor ser la intensidad que circular por el dispositivo para una misma diferencia de potencial.

Los materiales que obedecen a la Ley de Ohm describen como se correlacionan el voltaje, la corriente y la resistencia en un nivel macroscpico, es decir como elementos de circuito en un circuito elctrico.

Grfica 1: Curva caracterstica de un resistor

Grfica 2: Curva caracterstica de dos resistencias en serie

Grfica 3: Curva caracterstica de un bombillo

Grafica 4. Grfica de voltaje vs corriente de circuito LED.

Dado que la resistencia se define como ; donde V est dado en Voltios e I est dada en Amperios, El hecho de que la funcin sea lineal implica que la resistencia es independiente de la corriente, adems permite expresar esta relacin de manera anloga en trminos de la ecuacin de la recta: Siendo la ecuacin de cualquier recta

De la misma forma , donde es la pendiente de la ecuacin. Por tanto, de la Grfica 1 se tiene que la pendiente de recta es (4),

Siendo la incertidumbre absoluta de la medicin. A partir de este valor se calcul la incertidumbre relativa de la siguiente manera:

, y el porcentaje de error Comparando el valor obtenido en la Ecuacin (4), con el dado segn el cdigo de colores se puede apreciar que los valores son muy aproximados.

Debido a que la resistencia es un dispositivo que se opone al paso de corriente, en el circuito de la Figura 3b se emplea una resistencia para limitar el paso de corriente hacia e diodo Led, logrando que ste se mantenga dentro de los rangos de operacin de corriente y voltaje permisibles para su ptimo funcionamiento.

Posibles causas de error. Para esta prctica se deba medir el voltaje y la corriente en cada circuito, en el circuito 1 se deba conectar resistencias las cuales no tiene polaridad al igual que la bombilla, pero al conectar el LED este si tiene una polaridad, que si se conecta mal no producir un corto ni quemaremos los implementos pero el circuito no funcionara por que el diodo en polarizacin inversa se comporta como un interruptor abierto.

Otro error que lleva a una mala realizacin de la prctica es la mala eleccin de una resistencia para la serie con el LED, ya que al elegir una resistencia demasiado pequea en comparacin con el consumo del LED y el voltaje de la fuente este puede ocasionar que el LED quede inservible. Un error tambin muy comn en la prctica fue la mala conexin entre implementos, ya que al tener muchos cables entre instrumentos se hace una difcil conexin, se visualiza una prctica ms sencilla en protoboard ya que solo es un montaje en serie o paralelo dependiendo de la configuracin

ANLISIS.a partir de las grficas se observa que solo las resistencias cumple la ley de Ohm ya que tiene un comportamiento lineal, por consecuencia se puede dar a entender que la ley de Ohm cumple con la forma de la ecuacin lineal y no relaciona la corriente con el voltaje donde la pendiente es su resistencia o el inverso de la pendiente es su resistencia, esto depende de en qu eje se ponga el voltaje y la corriente, al cumplir con la ecuacin lineal se observa que la corriente es proporcional al voltaje por ende las resistencia son materiales hmicos y la bombilla y el LED no son materiales hmicos.

En algunas aplicaciones de electrnica se considera al LED una resistencia esto se debe a que hay una cada de potencial en l y que el mismo consume una corriente determinada esta resistividad se puede calcular a partir de:

R= [V (fuente) - V (LED)] / I (max_led) R = (10v-2v)/15mAR = 533.3

Para el circuito del diodo LED se utiliza una resistencia que se conecta en serie con el diodo LED, esto se debe a que el diodo LED consume una corriente y un voltaje especificados en su hoja de datos y al sobrepasar esta corriente o el voltaje limites el LED empieza a atenuarse o en el peor de los casos se queme y no pueda iluminar ms, para evitar este tipo de situaciones se conecta una resistencia en serie que consuma o haga una cada del potencial y la intensidad del circuito para que el LED tenga su correcto funcionamiento.CONCLUSIONES.

Se pudo obtener la representacin grfica de la tensin en funcin de la corriente de materiales resistivos como la bombilla o la resistencia y de semiconductores como el LED.

Se logra determinar por inspeccin fsica y tambin grafica que materiales son de tipo hmicos y cuales son no hmicos. Se logra obtener una idea muy general del funcionamiento de un circuito con una funcin bsica y de su propio montaje, pero con amplia dificultad por su propio montaje como se dijo en el resto del informe se denota que es ms sencillo realizar la practica en protoboard. En este laboratorio se dio a conocer la forma fsica de una resistencia y su funcin en un circuito, al igual que la forma de conexin de una fuente de voltaje y algunos tipos de componentes electrnicos.BIBLIOGRAFA.

[1] F. W. Sears, M. W. Zemansky, H. D. Young, R. A. Freedman. Fsica Universitaria, volumen 2. Dcimo primera edicin, Pearson Educacin, Mxico, 2004.

[2] Universidad autnoma de occidente, gua de laboratorio 2014, Ley de Ohm. Periodo intermedio 2014;

[3] Ley de ohm.

http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaquimica/3quincena11/3q11_contenidos_5d.htm9

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