LA LEY DE OHM

Octubre 12

2015Práctica de laboratorio N. 04 / Física III

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

INGENIERÍA MECÁNICA

LEY DE OHM

I. OBJETIVOS: Encontrar una relación que existe entre la diferencia de

potencial V aplicada, y la intensidad de corriente I que circula a través de un conductor.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Corriente electrica

Siempre que se mueven cargas eléctricas de igual signo se establece una corriente eléctrica. Para definir la corriente de manera más precisa, suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de área A, como en la Fig.1 (Esta sería el área de la sección transversal de un alambre, por ejemplo.) La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. Si ΔQ es la cantidad de carga que pasa por esta área en un intervalo de tiempo Δt, la corriente promedio, Ipro, es igual a la carga que pasa por A por unidad de tiempo:

Fig. 1

(Fig.1) Cargas en movimiento a través de un área A. La tasa de flujo de carga en el tiempo a través del área se define como la corriente I. la dirección de a la cual la carga positiva fluiría si tuviera libertad de hacerlo.

Si la tasa a la cual fluye la carga varía en el tiempo, la corriente también varía en el tiempo, y definimos a la corriente instantánea I como el límite diferencial de la ecuación:

La unidad de corriente del Sistema Internacional es el ampere (A).

Esto significa que 1A de corriente es equivalente a 1C de carga que pasa por el área de la superficie en 1s.

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Fig.2

Fig.2. Una sección de una conductor uniforme de área de sección transversal A. Los portadores de carga se mueven con una velocidad vd y la distancia que recorren en un tiempo Δt está dada por Δx = vdΔt. El número de portadores de cargas móviles en la sección de longitud Δx está dado por nAvdΔt, donde n es el número de portadores de carga móviles por unidad de volumen.

Las cargas que pasan por la superficie en la Fig.1 pueden ser positivas negativas o de ambos signos. Es una convención dar a la corriente la misma dirección que la del flujo de carga positiva.

En un conductor como el cobre la corriente se debe al movimiento de electrones cargados negativamente. Por lo tanto, cuando hablamos de corriente en un conductor ordinario, como un

alambre de cobre, la dirección de la corriente es opuesta a la dirección del flujo de los electrones. Por otra parte, si se considera un haz de protones cargados positivamente en un acelerador, la

corriente está en la dirección del movimiento de los protones. En algunos casos —gases y electrolitos, por ejemplo— la corriente es el resultado del flujo tanto de cargas positivas como

negativas. Es común referirse a una carga en movimiento (ya sea positiva o negativa) como un portador de carga móvil. Por ejemplo, los portadores de carga en un metal son los electrones.

Es útil relacionar la corriente con el movimiento de partículas cargadas. Pan ilustrar este punto, considere la corriente en un conductor de área de sección transversal A (Fig.2). El volumen de un

elemento del conductor de longitud Δx (la región sombreada en la Fig.2) es A Δx. Si n representa el número de portadores de carga móvil por unidad de volumen, entonces el número de portadores de

carga móvil en el elemento de volumen es nA Δ Por lo tanto, la carga ΔQ en este elemento es:ΔQ= Nϊmero de cargas x carga por partícula = (nA Δx)q

Donde q es la carga en cada partícula. Si los portadores de cargas se mueven con una velocidad vd la distancia que se mueven en un tiempo Δt es Δx = vdΔt. En consecuencia, podemos escribir

Δq en la forma:ΔQ = (nAvdΔt)q

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Si dividimos ambos lados de la ecuación por Δt, vemos que la corriente en el conductor está dada por:

Resistencia y ley de OHM

Las cargas se mueven en un conductor para producir una corriente bajo la acción de un campo eléctrico dentro del conductor. Un campo eléctrico puede existir en el conductor en este caso debido a que estamos tratando con cargas en movimiento, una situación no electrostática.Considere un conductor de área transversal A que conduce una corriente I. La densidad de corriente J en el conductor se define como la corriente por unidad de área. Puesto que la corriente I=nqvdA, la densidad de corriente es:

Donde J tiene unidades del Sistema Internacional A/m2. La expresión es válida sólo si la densidad de corriente es uniforme y sólo si la superficie del área de la sección transversal A es perpendicular a la dirección de la corriente. En general, la densidad de corriente es una cantidad vectorial:

A partir de esta definición, vemos otra vez que la densidad de corriente, al igual que la corriente, está en la dirección del movimiento de los portadores de carga negativa.Una densidad de corriente J y un campo eléctrico E se establece en un conductor cuando se mantiene una diferencia de potencial a través del conductor. Si la diferencia de potencia es constante, la corriente también lo es. Es muy común que la densidad de corriente sea proporcional al campo eléctrico.

...(x)

Donde la constante de proporcionalidad σ recibe el nombre de conductividad del conductor. Los materiales que obedecen la ecuación (x) se dice que cumplan la ley de Ohm, en honor de Simon Ohm (1787-1854). Más específicamente, la ley de Ohm establece queEn muchos materiales (incluidos la mayor parte de los metales), la proporción entre la densidad de

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corriente y el campo eléctrico es una constante, σ, que es independiente del campo eléctrico productor de la corriente.Los materiales que obedecen la ley de Ohm y que, en consecuencia, presentan este comportamiento lineal entre E y J se dice que son óhmicos. El comportamiento eléctrico de la mayor parte de los materiales es bastante lineal para pequeños cambiosde la corriente. Experimentalmente, sin embargo, se encuentra 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 sólo para ciertos materiales.

Una forma de la ley de Ohm útil en aplicaciones prácticas puede obtenerse considerando un segmento de un alambre recto de área de sección transversal A y longitud e, como se ve en la Fig. 3. Una diferencia de potencial V =Vb — Va se mantiene a través del alambre, creando un campo eléctrico en éste y una corriente. Si el campo eléctrico en el alambre se supone uniforme, la diferencia de potencial se relaciona con el campo eléctrico por medio de la relación

Por tanto, podemos expresar la magnitud de la densidad de la corriente en el alambre como

Puesto que J=I/A, la diferencia de potencia puede escribirse

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La cantidad / A se denomina la resistencia R del conductor. De acuerdo con la última expresión, podemos definir la resistencia como la razón entre la diferencia de potencial a través del conductor y la corriente.

A partir de este resultado vemos que la resistencia tiene unidades del Sistema Internacional (SI) de volts por ampere. Un volt por ampere se define como un ohm (Ω).

Es decir, si una diferencia de potencial de 1V a través de un conductor produce una corriente de 1ª, la resistencia del conductor es 1Ω. Por ejemplo, si un aparato eléctrico conectado a una fuente de 120 V conduce una corriente de 6ª, su resistencia es de 20 Ω.

El inverso de conductividad es resistividad ρ.

III. EQUIPOS Y MATERIALES:

01 Fuente de tensión continua (de 0 a 12 voltios) 01 alambre de Cr-Ni 01 resistencia acumulada 01 placa de arrollamiento 01 amperímetro y un voltímetro

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01 tablero de montaje 01 interruptor Varios cables conductores

IV. PROCEDIMIENTO:

Armar el circuito que se muestra en la siguiente figura considerando la placa de arrollamiento.

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Verificar la correcta posición de los instrumentos de medición: Luego cierre el circuito, y mida para cada escala de tensiones de la fuente, el voltaje y la corriente en el alambre, anotando los valores hallados, en una tabla.

Reemplace en el circuito anterior, la placa de arrollamiento por la resistencia acumulada, y proceda en forma similar al paso anterior, anotando sus correspondientes lecturas del voltímetro y amperímetro.

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V. ANÁLISIS DE DATOS:

Fuente

(voltios)

Voltímetro

(voltios)

Amperímetro

(miliamperios)

1 1 15

2 1.94 31

3 3.00 48

4 3.97 62

5 5 79

6 5.92 92

VI. CUESTIONARIO:

1. Graficar I en función de V con los datos obtenidos en los pasos 2 y 3.

VER GRÁFICA

PARA LA RESISTENCIA

CONCENTRADA

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Fuente

(voltios)

Voltímetro

(voltios)

Amperímetro

(miliamperios)

1 0.91 56

2 1.78 112

3 2.6 156

4 3.4 205

5 4.3 256

6 5.15 312

PARA EL ALAMBRE DE NICROM

2. ¿Cuál es la relación que existe entre V e I obtenida de los ejemplos experimentales

anteriores?

Existe una clara relación lineal entre el voltaje y la intensidad de corriente eléctrica para los

experimentos con las dos resistencias es decir V es proporcional a I.

3. Según sus mediciones, que valores tienen:

- La resistencia R1 del alambre Cr-Ni:

15.65KOhms

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- La resistencia R2 del elemento resistivo:

59.52KOhms

4. De sus graficas, para la corriente de 0.1 A, tome los valores correspondientes del

voltaje o tensión, y calcule a partir de ellos, los valores de las resistencias del alambre

y del elemento resistivo.

Para elemento resistivo

0.1 A -> 5954.96 V

R= V/I = 5954.96 / 0.1 = 59.55 KOhms

Para alambre

0.1 A -> 1565.153 V

R= V/I = 1565.153 / 0.1 = 15.65 KOhms

5. ¿Cómo variara la intensidad de la corriente I en el alambre, cuando se duplica el

voltaje V?

Dado que el voltaje es proporcional a la intensidad si se duplicara el voltaje se duplicaría también la

corriente ya que la resistencia no cambia de valor.

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VII. CONCLUSIONES:

Aplicamos técnicas de análisis gráfico aprendidas en el laboratorio de física 1, para concluir que un elemento óhmico presenta una resistencia constante, la variación de la diferencia de potencial.

Se puede concluir que la corriente fluye por un circuito donde la cantidad de corriente que fluye por el mismo es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Esto puede ser visto en los datos obtenidos en la primera parte del experimento donde a medida que aumentaba el voltaje también aumentaba la corriente. Sin embargo podemos decir que la cantidad de corriente es inversamente proporcional a la resistencia, también observado en los datos de la segunda parte.

VIII. RECOMENDACIONES:

Recomendaciones al realizar mediciones con el multímetro:

a. La escala de medición en el multímetro debe ser más grande que el valor de la medición que se va

a hacer. En caso de no conocer el valor de la medición, se debe seleccionar la escala más grande del

multímetro y a partir de ella se va reduciendo hasta tener una escala adecuada para hacer la

medición.

b. Para medir voltaje el multímetro se conecta en paralelo con el circuito o los elementos en donde se

quiere hacer la medición.

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IX. BIBLIOGRAFIA:

http://www.monografias.com/trabajos11/coele/coele.shtml

http://clubensayos.com/Tecnolog%C3%ADa/APLICACION-DEL-LA-LEY-DE/836615.html

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