laboratorio de física ii ley de ohm

Laboratorio de Física II – Ley de Ohm.1. Jeimy Johanna Itaz. Fundación Universitaria de Popayán. Popayán-Cauca. Ingeniería Industrial IV.

Correo: [email protected] Contacto: 3107186691.

2. Freiman Yesid Ussa M. Fundación Universitaria de Popayán. Popayán- Cauca. Ingeniería Industrial IV. Correo: [email protected]. Contacto: 3184971239

3. Carolina Cobo Sánchez. Fundación Universitaria de Popayán. Popayán- Cauca. Ingeniería Industrial IV. Correo: [email protected]. Contacto: 3147906410.

4. Yaqueline Mosquera. Fundación Universitaria de Popayán. Popayán- Cauca. Ingeniería Industrial IV. Correo: [email protected]. Contacto: 3184971239.

RESUMEN: Dentro de la práctica de laboratorio se busca trabajar los conceptos de ley de Ohm como las mallas de Kirchhoff; temas que son posibles trabajar formando circuitos sencillos, en serie y paralelo utilizando resistencias y bombillos led de diferente ohmiaje.

Para llevar a la práctica el presente laboratorio se desarrollaron en clase los respectivos temas y de la misma forma se realizaron algunos ejercicios teóricos.

ABSTRACT: Into the lab we will work the concepts of Ohm's law and Kirchoff meshes; issues that are possible to form simple circuits work in series and parallel resistors and lightbulbs led using different impedance.

To implement this class laboratory developed in the respective subjects and in the same way some theoretical exercises were performed.

INTRODUCCION: En la búsqueda de explicar la diferencia de potencial a través de un conductor cuando se aplica un voltaje determinado, llevo a varios personajes como el físico Alemán George

Fuente: Google imágenes; George Simon Ohm.

Simon Ohm a introducir y cuantificar la resistencia eléctrica formulando la relación entre intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia.Varios años atrás algunos científicos habrían desarrollado experimentos con tensión y corriente eléctrica, entre ellos la “Botella de Leyden” de Henry Cavendish, la barra magnética Hans Christian Orsted entre otros, pero ninguno publicaría la teoría realmente necesaria como lo hace Ohm en el siglo VIII.

Todos ellos con sus grandes aportes llevaron a George, a diseñar y perfeccionar algunos dispositivos ya creados para realizar sus propios estudios permitiéndole dejar en la actualidad la “ley de Ohm”, teoría llevada a la practican en el siguiente laboratorio.

Una de las principales herramientas para el análisis de circuitos son las mallas de Kirchhoff.

Fuente: Google imágenes; Gustav Robert Kirchhoff.

Las mallas te permiten encontrar las caídas de potencial (Voltajes) y corrientes de acuerdo a circuitos en configuración mixta.

Este físico prusiano realizo importantes contribuciones científicas encaminadas al campo de los circuitos eléctricos, la óptica, la espectroscopia, la emisión y radiación de un cuerpo negro; destacando para el desarrollo del siguiente laboratorio la “Ley de corrientes de Kirchhoff”.

OBJETIVOS:

Llevar a la práctica los conocimientos adquiridos sobre “ley de Ohm” y “leyes de Kirchhoff” en circuitos sencillos formados por resistencias y bombillas LED de diferente potencia.

Identificar los valores de las resistencias mediante el código de colores.

Aprender a conectar resistencias en serie o paralelo en la malla de Kirchhoff.

MATERIALES: Los materiales utilizados para la práctica se relacionan a continuación:

CAN MATERIALES 1 Voltímetro.1 Fuente regulador.

10Resistencia de diferente ohmiaje.

I Bombillos LED.1 Malla de Kirchhoff.

1Pinzas amperimétricas de voltímetro

Fuente: Estudiantes del programa Ingeniería Industrial IV, Nocturno.

MARCO TEORICO: la ley de Ohm llamada si en honor al físico alemán George Simon Ohm (1787-1854) que establece que para muchos materiales (incluidos la mayor parte de los metales), la proporción entre densidad de corriente y el campo eléctrico es una constante Ϭ, es independiente del campo eléctrico productor de la corriente.La fórmula matemática general de la representación es:

I= ER

Los materiales que obedecen la ley de Ohm y que en consecuencia demuestran esta simple relación entre I y E se dice que son óhmicos. Sin embargo experimentalmente se habla de que no todos los materiales tienen esta propiedad. Los materiales que no obedecen la ley de Ohm se dice que son no óhmicos.

La ley de Ohm no es una ley fundamental de la naturaleza sino más bien una relación empírica válida para ciertos materiales.

La ley de Ohm se encuentra estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:1). Tensión o voltaje "E", en voltios (V).2). Intensidad de la corriente " I ", en amperios (A).3). Resistencia "R" en ohmios (Ω) de la carga o consumidor conectado al circuito.

Fuente: Google imágenes; Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga eléctrica "R" y la circulación de una intensidad o flujo de corriente eléctrica " I " suministrado por la propia pila.

Las Reglas de Kirchhoff denominadas así en honor al físico prusiano Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887). Los circuitos simples pueden analizarse utilizando la expresión:

∆ V =I∗Ry las reglas para las combinaciones de resistores en serie y en paralelo. Sin embargo con mucha frecuencia no es posible reducir un circuito a una sola espira.Entonces el procedimiento para analizar circuitos más complejos se simplifica mucho mediante el uso de dos sencillas reglas conocidas como las leyes o reglas de Kirchhoff.

1). La suma de corrientes que entran a cualquier circuito debe ser igual a la suma de las corrientes que salen de dicha unión:

∑ I (entra)=∑ I (sale)2). La suma de las diferencias de potencial a travez de todos los elementos de cualquier espira de circuito cerrado debe ser cero.

∑ AV=0

La primera regla de Kirchhoff es un enunciado de la conservación de la carga eléctrica. Toda la corriente que entra a un punto dado en un circuito debe salir de ese punto ya que la carga no puede acumularse en un punto.

La codificación de colores se utiliza en electrónica para hallar el valor de los componentes como resistencias,

Fuente: Google imágenes

condensadores, inductores entre otros. Este código de colores fue creado en Estados Unidos alrededor de 1920 por la Radio Manufacturer's Association. La norma que estandariza la codificación en la actualidad es la IEC 60062 publicada por la Comisión Electrotécnica Internacional.

Fuente: Google imágenes; Resistencia de 100 kΩ, 5%

Las dos primeras franjas desde la izquierda, indican las primeras cifras del valor del componente, mientras que una tercera indica por cuanto debe multiplicarse el valor de la cifra leída. La última franja, más separada del resto, y típicamente de color dorado o plata, indica la tolerancia, es decir, el margen de error que garantiza el fabricante

PROCEDIMIENTO 1: hallar el valor de las resistencias tanto con el multímetro como con los códigos de colores.

CODIGO DE COLORES

N°

VALOR TEORICO

"Ω"

NIVEL DE TOLERANC

IA"Ω"

VALOR EXPERIMEN

TAL"Ω"

1 56*10ʌ1 +/- 28,1 562

2 30*10ʌ2 +/- 150 3000

3 22*10ʌ1 +/- 11 217

4 30*10ʌ2 +/- 150 3000

5 22*10ʌ1 +/- 11 215

6 39*10ʌ-1 +/- 0,195 7,6

7 10*10ʌ0 +/- 0,5 9,6

8 27*10ʌ3 +/- 1350 26100

9 50*10ʌ2 +/- 250 4960


EXPLICACIÓN: Dentro de las nueves resistencias tomadas para hallar el valor teórico médiate (código de colores) y experimental mediante (multímetro) se evidencian que en algunas resistencias sus valores no son equivalentes; Esta diferencia se atribuye por el nivel de tolerancia que cada resistencia trae, pues define el error máximo que una resistencia tiene respecto a su valor nominal.Por lo tanto una resistencia puede tener un valor nominal determinado por sus bandas impresas y sin embargo su valor real podría variar respecto al porcentaje marcado por la tolerancia. En este caso la tolerancia está dada por la banda dorada ±5% ó ± 0.05, que entra a multiplicar el valor teórico arrojado por el código de colores el valor resultante es el grado de tolerancia que cada resistencia posee; a su misma vez este se resta y suma al valor resistivo para determinar el rango en el cual puede estar el valor experimental.

PROCEDIMIENTO 2: conectar tres resistencias en serie y tomar las mediciones de corrientes y voltajes en cada una de ellas y comprobar que el voltaje es igual a la suma de los voltajes individuales y que la corriente es la misma.

Fuente: Google imágenes; Resistencias de 200 Ω y ∆V de 7.44 V.

Valor de resistencias y resistencia total:

RESISTENCIA (Ω)R1 200R2 200R3 200


RT =R 1+R 2+R 3200+200+200=600 Ω

Voltaje de cada resistencia y voltaje total:

VOLTAJE (Voltios)R1 2,47R2 2,5R3 2,46∑ 7,43


Siendo:

VOLTAJE DE SALIDA 7,43 V

VOLTAJE DE ENTRADA 7,44 V


Corriente:

I= ER

7.43/600 = 0.01 Amperios

EXPLICACIÓN: La resistencia de un circuito en serie puede ser calculada mediante la sumatoria de las

resistencias individuales, para este caso las 3 resistencias de 200 Ω nos arrojan un total de 600 Ω. El voltaje total, será la sumatoria del voltaje de cada resistencia tal y como se muestra en el cuadro de voltajes del circuito en serie.

Para el circuito en serie la corriente se calcula mediante fórmula debido a que la intensidad es tan pequeña que no alcanza a ser tomada por el voltímetro.

PROCEDIMIENTO 3: con los voltajes y los valores de las resistencias obtenidos obtener los valores de la corriente aplicando la ley de Ohm y comprobar que esta ley se cumple.

RESISTENCIASVALOR

EXPERIMENTAL"Ω"

CORRIENTE(Amperios)

1 562 0,0132

2 3000 0,00253 217 0,03434 3000 0,00255 215 0,03466 7,6 0,97897 9,6 0,77508 26100 0,00039 4960 0,0015


EXPLICACIÓN: La ley de Ohm nos dice que entre mayor resistencia haya menor intensidad de corriente habrá y viceversa; analizando el cuadro anterior donde se toman nueve resistencias de diferente ohmiaje se analiza que entre más pequeña es la resistencia la intensidad de corriente es grande tal y como lo muestra la resistencia 6° y 7°; en la 8° donde se tiene una resistencia muy grande la intensidad de corriente es muy mínima.

PROCEDIMIENTO 4: Conectar dos resistencias y un LED en serie; por medio de la obtención de los datos tanto

de voltaje como de corriente encontrar cual es la resistencia del LED y ¿Qué sucede si ser quita una resistencia?Fuente: Estudiantes del programa Ingeniería Industrial IV, Nocturno.



RESISTENCIA (Ω)R1 197R2 198RT 395



VOLTAJE (Voltios)R1 2,79R2 2,8∑ 5,59


Siendo:

VOLTAJE DE SALIDA 5,59 V


El valor de LED tomado experimentalmente es de:

VOLTAJE DEL LED 2,77 V

Corriente:

I= ER

5.59/3.95=1.41 amperios

EXPLICACIÓN: La resistencia del LED se obtuvo mediante la medición y este arrojo un valor de 2.77 voltios.

Al quitar una resistencia la corriente es mayor y esto hace que el bombillo LED ilumine con mayor intensidad, el propósito de las resistencias es proteger el bombillo LED, por ende si se quita la resistencia se estaría dejando el bombillo más expuesto a recibir toda la corriente.

PROCEDIMIENTO 5: conectar tres resistencias en paralelo y tomar las mediciones de corriente y voltaje, comprobar que el voltaje total es igual a los voltajes individuales y que la intensidad de corriente total es igual a la suma de las intensidades de corriente parciales.


RESISTENCIA (Ω)R1 510R2 510R3 510RT 169,49


Para hallar la resistencia total en paralelo se utilizó la fórmula:

1RT

= 1R 1

+ 1R 2

+ 1R 3


VOLTAJE (Voltios)R1 1.88R2 1.88R3 1.89

R1y R2 3.77VT 5.67


Siendo:

VOLTAJE DE SALIDA 5.67 V


Corriente:

I= ER

5.67/1.6949=3.34 amperios

EXPLICACIÓN:

Para hallar la resistencia en paralelo ya no se suman se debe realizar por la fórmula:

RT = 1R

El voltaje a pesar de que se tomó en resistencias de diferente ohmiaje al final coincidió con el voltaje de entrada.La corriente se halló mediante la ley de Ohm.

CONCLUSIONES.

1). Los elementos más comunes en los circuitos eléctricos son las resistencias y para obtener su valor se utiliza el código de colores, sin embargo el valor de resistencia del instrumento “Voltímetro” de mediciones es más preciso y confiable que el valor leído con el código de colores.

2). La ecuación que relaciona el potencial con la corriente eléctrica es la ley de Ohm en su forma microscópica, es una relación lineal y su pendientes el inverso de la resistencia equivalente del circuito.

3). Los circuitos representados mediante las resistencias permitieron comprobar la ley de Ohm con gran exactitud, y calcular los valores correspondientes de resistencias equivalentes para cada uno.

BIBLIOGRAFIA:

1. https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm

2. https://es.wikipedia.org/wiki/Gustav_Kirchhoff

3. Anthony García González; Ley de los voltajes de Kirchhoff: Método de Mallas; julio 26 de 2013; consultado en http://panamahitek.com/ley-de-los-voltajes-de-kirchhoff-metodo-de-mallas/.

4. http://matumbi53.es.tl/Vida-y-aportes-a-la- electricidad-de-Gustav-Kirchhoff-.htm

5. http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ ke_ley_ohm/ke_ley_ohm_1.htm

6. Raymon A. Serway; Física para Ciencias e Ingeniería; 5° edición y tomo II.

7. https://es.wikipedia.org/wiki/Codificaci%C3%B3n_de_colores

http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_ley_ohm/ke_ley_ohm_1.htm

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http://matumbi53.es.tl/Vida-y-aportes-a-la-electricidad-de-Gustav-Kirchhoff-.htm

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http://panamahitek.com/ley-de-los-voltajes-de-kirchhoff-metodo-de-mallas/

http://panamahitek.com/ley-de-los-voltajes-de-kirchhoff-metodo-de-mallas/

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