PRACTICA DE LABORATORIO N°1

“Resistencia, potencia y energía eléctrica”

Universidad Distrital Francisco José de CaldasJefferson Enrique Herrera Garzón – 20122074034

Diego Felipe Sanchez - Ivan Alexander Roa - Andres Felipe Garcia -

Resumen

En esta práctica de laboratorio se pretende identificar tres aspectos esenciales para el desarrollo del curso de Electrotecnia, las cuales se relacionan mediante la Ley de Ohm. Estas son: resistencia, potencia y energía eléctrica.

Aplicando los conocimientos adquiridos en clase, se comprobara la veracidad de la Ley de Ohm de manera experimental, seguidamente se revisara la relación entre las dimensiones de un conductor y su resistencia, la influencia de la temperatura en la resistencia, y por último se harán los respectivos cálculos con las mediciones hechas con el voltímetro y el amperímetro para hallar la potencia eléctrica.

Todo esto con el fin de verificar y comparar los resultados obtenidos por medios teóricos además de los experimentales, así mismo, identificar las características y el comportamiento de ciertos materiales frente a las diferentes

aplicaciones profesionales que la materia Electrotecnia, brinda a la Ingeniería.

1. INTRODUCCION

En esta práctica se quiso hacer énfasis en la veracidad de la ley de ohm en cuanto al apartado referente a la resistencia eléctrica. Para lograr esto fue necesario realizar una comparación entre la ley expuesta por Georg Ohm y un análisis de datos en tiempo real con los respectivos materiales. En este último caso se utilizó un multímetro para establecer las medidas de resistencia eléctrica y amperaje de diversos resistores.

Otro segmento sustancial de la prueba de laboratorio fue la medición de del índice de resistividad eléctrica de un alambre sometido a una corriente directa. Se trabajó bajo los parámetros de una fórmula con la que se obtiene la resistividad eléctrica de un material valiéndonos de sus características dimensionales como de los estímulos

externos que actúan sobre él. Al final de este experimento se pudo observar que el alambre trabajado no era nicromo, y se acudió a la consulta de tablas de valores de resistividad para identificar dicho material.

Por último se trabajó con la resistencia eléctrica de un bombillo. Y se demostró que la resistencia aumenta proporcionalmente con el aumento de la temperatura al montar un circuito eléctrico en el que se variaba el voltaje. Como resultado de esta variación se efectuó un calentamiento en el filamento del bombillo.

2. CONTENIDO

Para entender a fondo esta práctica, es necesario efectuar una breve explicación de algunos conceptos que nos metan de lleno en el campo de estudio aquí analizado; en este caso la física electromagnética.

A continuación se ofrecen las explicaciones pertinentes de los conceptos previamente mencionados:

2.1. LEY DE OHM:

Esta ley relaciona los tres componentes que influyen en una corriente eléctrica, como son la intensidad (I), la diferencia de potencial o tensión (V) y la resistencia (R) que ofrecen los materiales o conductores.

La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia

de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o ecuación:

Donde, empleando unidades del Sistema internacional de Medidas, tenemos que:

I = Intensidad en amperios (A)

V = Diferencia de potencial en voltios (V)

R = Resistencia en ohmios (W o Ω).

2.2. RESISTENCIA ELÉCTRICA:

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

2.2.1. Resistor:

Una resistencia también llamado resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje).

2.2.2. Resistividad eléctrica:

La resistividad eléctrica de una sustancia mide su capacidad para oponerse al flujo de carga eléctrica a través de ella. Un material con una resistividad eléctrica alta (conductividad eléctrica baja), es un aislante eléctrico y un material con una resistividad baja (conductividad alta) es un buen conductor eléctrico. Las medidas de RE son habituales en las prospecciones geofísicas. Su finalidad es detectar cuerpos y estructuras geológicas basándose en su contraste resistivo.

3. MATERIALES

-Amperímetro

-Voltímetro

-Fuente regulable 0-3 voltios variable de 5ª

-Bombillo

-Roseta

-Un juego de cables bananas con pinzas

-Un juego de cables caimán

4. ANALISIS DE RESULTADOS

4.1 Comprobación experimental de la ley de Ohm

Tabla 1: Intensidad de corriente

U=6V I=UR

En esta primera

experimentación pudimos comprobar como los valores experimentales varían muy levemente de los valores teóricos, esto muy seguramente causado por el nivel de precisión de los instrumentos

medidores.

4.2. Relación entre las dimensiones de un conductor y su resistencia

Se escogieron 3 cables de Constantán de las siguientes características:

Cada cable tiene 1 m de longitud. El coeficiente de resistividad del

Constantán es de:

ρ20 °C=0.5Ω∗mm2

m

Cable 1 Cable 2 Cable 3D(mm) 1 0.5 0.35S(mm²) 0.7854 0.196 0.096U(V) 2 2 2I(A) 2.30 0.75 0.37R(U/I) 0.8 2.6 5.3Tabla 2: Datos experimentales de hilos resistivos

Luego de obtener estos datos, se procede a calcular la sección transversal de cada uno de los cables, para luego calcular la resistencia teórica del conductor y finalmente, compararla con la resistencia teórica obtenida de la siguiente expresión:

R=ρ LS

Cable 1 Cable 2 Cable 3R(Ω¿ 0.64 2.55 5.2Tabla 3: Resistencias teóricas de hilos resistivos

4.3. Influencia de la temperatura en la resistencia.

R(Ω) 330 470 500 1200 1500

IT (mAh)18.1

8 12.76 12.00 5.00 4.00

IE(mAh)18.8

0 12.92 11.51 4.99 3.98

En esta parte, se conecta una bombilla a una fuente de alimentación de corriente continua, la cual proporcionará una tensión regulable de 0 a 5 V, luego se conecta un voltímetro a la salida de la fuente y se intercala un amperímetro en serie con la lámpara. Finalmente, se toman las respectivas mediciones.

V(U) I(mA) V(U) R0,5 15,3 0,57 0,0372549

1 43,2 1,19 0,02754631,5 55,8 1,53 0,02741935

2 67,1 2,13 0,031743672,5 77,5 2,57 0,03316129

3 86,1 2,89 0,033565623,5 96,1 3,56 0,03704475

4 104,1 4,21 0,040441884,5 111,6 4,71 0,0422043

5 118,8 5,08 0,04276094Tabla 4: Variación del voltaje, resistencia y amperaje en la bombilla.

Luego estos valores se grafican:

Grafica 1. Variación del voltaje, resistencia y amperaje en la bombilla

4.4. Medida de la potencia eléctrica

Potencia de las resistenciasR V I P

22Ω2.004

V0.083A 0.166W

39 Ω2.001

V0.049A 0.098W

100 Ω1.998

V0.02A 0.039W

Tabla 6: Potencia de las resistencias experimentales.

Simplemente con la aplicación de la fórmula logramos hallar la potencia de cada una de las tres resistencias, este tipo de mediciones puede variar dependiendo de la calidad del instrumento de medición.

5. CONCLUSIONES Una vez realizada la práctica de

laboratorio se llega a la conclusión de que son muchos los factores que afectan las mediciones, ya sea la calibración y precisión de los instrumentos de medición, las condiciones ambientales, el tipo de material; por lo tanto los valores experimentales no son del todo exactos a los valores teóricos.

A pesar de la inexactitud de las mediciones, se logra demostrar la veracidad de la Ley de Ohm, ya que los valores obtenidos de forma experimental en el laboratorio son muy cercanos a los teóricos.

Algunas de las practicas nos arrojaron deducciones tales como: la resistencia de un material

aumenta proporcionalmente a su aumento de temperatura.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

20406080

100120140

U(V)

I(mA)

La resistencia de un conductor también depende de las dimensiones del mismo, ya que si la longitud del hilo aumenta su resistencia crece, pero si la sección del hilo aumenta la resistencia decrece.

REFERENCIAS

Alcalde San miguel Pablo, Electrotecnia, España, Editorial Thomson Paraninfo, 2003, Cuarta edición, pp 14-19.

Diapositivas “Resistencia, Potencia y Energía Eléctrica” vistas en la clase de Electrotecnia, Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

Ley de ohm, profesor en línea, (en línea), consultado el 25 de agosto de 2013, Dirección URL: http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Electricidad_ley_Ohm.html.