UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓNFACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍACARRERA INGENIERÍA QUÍMICADISEÑO DE PLANTAS QUIMICA

Docente: Dr. Lucio AlejoEstudiante: Maldonado Argandoña Aneida

Carrera: Ing. QuímicaFecha: 22 de junio de 2010

Cochabamba-Bolivia

RESISTENCIAS ELECTRICAS

1. INTRODUCCION

La 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. Normalmente los

electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma más o

menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso.

Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente en el

micromundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada,

comienzan a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor.

Todos los materiales y elementos conocidos ofrecen mayor o menor

resistencia al paso de la corriente eléctrica, incluyendo los mejores

conductores. Los metales que menos resistencia ofrecen son el oro y la

plata, pero por lo costoso que resultaría fabricar cables con esos metales,

se adoptó utilizar el cobre, que es buen conductor y mucho más barato.

Entre los metales que ofrecen mayor resistencia al paso de la corriente

eléctrica se encuentra el alambre nicromo (Ni-Cr), compuesto por una

aleación de 80% de níquel (Ni) y 20% de cromo (Cr). Ese es un tipo de

alambre ampliamente utilizado como resistencia fija o como resistencia

variable (reóstato), para regular la tensión o voltaje en diferentes

dispositivos eléctricos.

En la práctica se utilizara este alambre para comprobar que es alta su

resistencia conectándolo a una corriente con una potencia determinada que

caliente agua y aceite a un tiempo determinado.

2. OBJETIVOS1.1. Objetivos general.-- Realizar el cálculo de la potencia que genera una resistencia.1.2. Objetivos especificos.-- Realizar la curva de calentamiento y enfriamiento de la resistencia en

agua.- Realizar la curva de calentamiento y enfriamiento de la resistencia en

aceite.- Conocer la relación entre la longitud y la potencia requerida.

3. MARCO TEORICO

La corriente eléctrica es el flujo de cargas eléctricas. En un conductor sólido

son los electrones los que transportan la carga. En los fluidos, el flujo de carga

eléctrica puede deberse tanto a los electrones como a los iones positivos y

negativos. La cantidad de corriente que fluye por un circuito depende del voltaje

suministrado por la fuente, pero además depende de la resistencia que opone

el conductor al flujo de carga, es decir, la resistencia eléctrica.

La resistencia R de un conductor es proporcional a su longitud l e inversamente

proporcional al área de su sección transversal S:

R = r l / S

La constante de proporcionalidad r se denomina resistividad del material, que

depende del material con que está fabricado el conductor y de la temperatura

(de aquí se deduce que R también depende de la temperatura). Separar la

dependencia de la resistencia en las dimensiones y en el tipo de material de un

conductor es útil para el cálculo de resistencias. A la inversa de la resistividad

se denomina conductividad, s:

s = 1 / r

Ohm realizó experiencias sobre la capacidad de los metales para conducir

electricidad. En 1826 presentó sus resultados resumidos en una ley, la Ley de

Ohm, que expresa que la corriente que fluye a través de un conductor metálico

a temperatura constante es proporcional a la diferencia de potencial que hay

entre los extremos del conductor. A la relación entre la diferencia de potencial

aplicada en los extremos de un conductor y la corriente que atraviesa ese

conductor suele denominarse característica voltaje-corriente (V-I) del material.

Ohm encontró experimentalmente que para un dado conductor metálico esta

relación es proporcional, es decir, cuando, por ejemplo, se duplica o se triplica

la diferencia de potencial, se duplica o se triplica la corriente, respectivamente.

Dicho de otro modo, cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor,

crea en éste una diferencia de potencial directamente proporcional a la

corriente. La constante de proporcionalidad entre el voltaje y la corriente es la

resistencia eléctrica R. La mayor o menor resistencia de un conductor es la

mayor o menor dificultad que opone al paso de la corriente. Y así tendremos

buenos y malos conductores de la corriente en función de que tengan baja o

alta resistencia, respectivamente. Obviamente, los aislantes (no conducen la

corriente) tendrán una resistencia altísima.

Si se representa la resistencia del conductor con el símbolo R, la diferencia de

potencial en los extremos del conductor con V, y la corriente que circula por él

con I, la ley de Ohm puede formularse como:

V = I R

que es lo mismo que decir:

I = V / R ó R = V / I

La unidad de resistencia eléctrica es el Ohm, simbolizado por la letra griega W

(omega). El Ohm es una resistencia tal del conductor que cuando se aplica una

diferencia de potencial de 1 Volt a sus extremos, hay un flujo de una corriente

de 1 Amper.

La diferencia de potencial que existe entre los extremos del conductor surge de

la fuerza electromotriz de la fuente de electricidad, que puede ser una pila o

una batería. Si una corriente pequeña fluye en el conductor, entonces éste

debe oponer una gran resistencia al paso de la corriente. Y análogamente, una

resistencia pequeña produce una corriente grande para una misma diferencia

de potencial.

Consideremos una muestra cilíndrica de sección transversal A y longitud l de

un material cualquiera por el que se hace circular una corriente eléctrica i. Es

posible relacionar esta corriente de modo muy general con la carga n.e que

transporta cada portador móvil (es la carga elemental y n el número de cargas

elementales por cada portador de carga), la velocidad media de las cargas

móviles, vm, y el número de cargas libres por unidad de volumen, n:

i = n × A× vm × e ×v (1)

Si el material en cuestión obedece la ley de Ohm, la dependencia del voltaje V

con la corriente i es lineal (i = V / R). La resistencia eléctrica R de la muestra

cilíndrica en consideración está dada por:

R= ρ* 1/A (2)

donde ρ es la resistividad del material. Si suponemos que el campo eléctrico

E= V / l a lo largo del cilindro es uniforme, entonces de (1) y (2) tenemos:

ρ = R * = * =

Para que valga la ley de Ohm, r debe ser independiente del campo (o voltaje)

aplicando y de la velocidad de los iones vm. Esto significa que para que se

cumpla la ley de Ohm, dentro del material debe existir algún mecanismo de

fricción o choques de modo que vm µ E. Esto puede lograrse, por ejemplo, si

las cargas se mueven en un medio que les oponga una “fuerza viscosa”. En un

sólido esto podría lograrse si los electrones (o portadores de carga) chocaran

constantemente contra los iones de la red cristalina que lo forman. En cierto

sentido, podríamos comparar el movimiento de los electrones en un sólido con

el de una canica que cae rodando por una escalera: si bien el movimiento entre

cada escalón es acelerado, en promedio la canica cae con velocidad contante

igual a la mitad de su velocidad final al llegar al escalón siguiente.

4. MATERIALES

1 mango de madera 10 cm torneado

Alambre Ni-Cr

1 varilla de electrodo 60/13

1 metro de cable Nº 14

1 enchufe

Clavos y tornillos

Taladro de baja revolucion

Termometro

Soporte

Vaso presipitado

Agua

1 litro de aceite

5. DESARROLLO EXPERIMENTAL

Para la realización de la práctica se llevo a cabo las siguientes acciones, en

cuanto a la preparación de la resistencia:

Ajustar el electrodo junto al alambre de niquelina a la boquilla del

taladro de baja revolución.

Girar el taladro y guiar el alambre alrededor del electrodo,

formando una especie de resorte, esto hasta que todo el alambre

quede enrollado alrededor del electrodo.

Retirar el resorte del electrodo y acomodarlo alrededor de la

madera torneada, de manera que esta quede enrollado

helicoidalmente.

Ajustar los extremos del resorte con 2 clavos en cada extremo del

mango de madera.

Conectar a este el cable # 12.

En cuanto a la aplicación de la resistencia tenemos:

Una vez construida la resistencia, montar al soporte un

termómetro ajustado con un pinza.

Medir una cantidad de agua en un vaso de precipitado, introducir

el termómetro montado en el soporte.

Introducir la resistencia, conectarla.

Medir el tiempo en que la temperatura aumenta 5ºC.

De manera análoga controlar el tiempo en que enfría en agua,

realizar este control cada vez que el agua disminuya 5ºC.

Repetir la prueba con aceite vegetal

6. CALCULOS Y RESULTADOS

Calculo de la longitud de alambre requerido para una

potencia de 16KW.

Calculo del calor entregado a la masa de agua

Grafico de calentamiento del agua

t [s] T [ºc]

0 23

21 30

29 35

37 40

44 45

51 50

61 55

68 60

81 65

92 70

103 75

110 80

Calentamiento del agua

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80 100 120

tiempo

tem

pe

ratu

ra

T [ºc]

Grafico del enfriamiento del agua

t [s] T [ºc]

0 80

110 75

341 70

615 65

923 60

1396 55

2110 50

2868 45

3584 40

4223 35

4987 30

enfriamiento del agua

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2000 4000 6000

tiempo

tem

pe

ratu

ra

T [ºc]

Grafico de calentamiento del aceite

t [s] T [ºc]

0 24

24 30

28 35

33 40

37 45

43 50

48 55

52 60

57 65

62 70

69 75

74 80

calentamiento del aceite

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80

tiempo

tem

pe

ratu

ra

T [ºc]

Grafico del enfriamiento del aceite

t [s] T [ºc]

0 80

118 75

374 70

684 65

1054 60

1461 55

2559 50

3236 45

3610 40

4057 35

4458 30

enfriamiento del aceite

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 1000 2000 3000 4000 5000

tiempo

tem

pe

ratu

ra

T [ºc]

7. DISCUSION DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Al observar los datos de los otros grupos y comparando con los

obtenidos podemos concluir diciendo que la longitud del cable

juega un papel importante, ya que a mayor longitud de alambre el

tiempo es que tarda en aumentar 5ºC es mayor y mientras mas

corto es el alambre el tiempo de calentamiento es menor.

Con la realización de la práctica se simulo la resistencia que se

encuentra en la ducha.

Se observaron las curvas de calentamiento y enfriamiento tanto

del agua como del aceite vegetal y observamos que estas no

tienen un comportamiento lineal.

8. RECOMENDACIONES

Es importante conocer la masa de agua y aceite con la que se

trabaja, para de esta manera conocer la cantidad de calor

suministrado.

Se debe tener mucho cuidado al trabajar con longitudes de

alambre muy pequeñas, ya que la potencia que esta genera es de

un valor muy elevado y con esto se consigue que la masa de

agua caliente de forma brusca y se corre el riesgo de que el cable

se queme, debido a la cantidad excesiva de calor que recibe.