PRACTICA DE LABORATORIO N° 04 FISICA III para imprimir

7/25/2019 PRACTICA DE LABORATORIO N 04 FISICA III para imprimir

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2010Informe de laboratorio N 04 Medicin de resistencias: Ley de Ohm Fsica

1

UNIVERSIDAD NACIONAL FACULTAD DE CIENCIASSANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS

SECCIN DE FISICA

CURSO: FI!I"# III

PRACTICA DE LABORATORIO N 4.

MEDIDA DE RESISTENCIAS. LEY DE OHM

I. OBJETIVO(S

1.1. Determinar resistencias mediante instalaciones apropiadas de voltmetros y ampermetros.1.2. Determinar la relacin entre la diferencia de potencial (V) aplicada a una resistencia, un diodo y una

lmpara con la intensidad de corriente (I) ue fluye a trav!s de dic"os elementos.1.#. Valorar la importancia del estudio de los circuitos de corriente continua.

II. MARCO TERICO Y CONCEPTUAL

!.1. M"#$%$&' #" ")$)*"'%$+)

$na t!cnica apropiada para la determinar el valor de una resistencia (%) de un tramo de red consisteen medir la intensidad de corriente (I) y la diferencia de potencial (V) y lue&o aplicar la ley de '"m.os instrumentos de medicin se pueden instalar de dos formas. a eleccin entre estas dos

posiilidades depende de los valores relativos de las resistencias de los instrumentos y las del circuito.

*onsideremos en primer lu&ar el circuito mostrado en la +i&ura 1a, en donde se oserva ue elvoltmetro "a sido instalado en paralelo con la resistencia y el ampermetro en serie con el conunto,entonces la resistencia viene e-presada por

sta medida es admisile solamente en el caso de ue la resistencia % sea muy inferior a la resistenciainterna del voltmetro %V. n caso contrario, el voltmetro desviar una corriente IV apreciale, de talmanera ue

/eniendo en cuenta ue IV 0 V%V la ecuacin anterior se puede escriir

i llamamos - a la relacin R RV , la ecuacin anterior se escrie

APELLIDOS Y NOMBRES: 34$/I5' 65*78 49 CODIGO::;2.:


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*uando %B CC %V, la ecuacin anterior se escrie

n estas condiciones el error asoluto se e-presa en la forma

or lo tanto el error relativo es

(a) ()

F$/+ 1. (a$ %oltmetro en &aralelo con '( )b$ %oltmetro en &aralelo con ' y el am&ermetro

Veremos a"ora la se&unda modalidad para medir resistencias, mediante el circuito de la fi&ura 1, eneste circuito el ampermetro es instalado en serie con la resistencia y el voltmetro en paralelo con elconunto. n este dispositivo se comete un error en la medicin de la diferencia de potencial en laresistenciaR, deido a la cada de potencial VA en el ampermetro. sta modalidad es aplicada cuandola resistenciaR es muc"o mayor ue la resistencia interna del ampermetro. Del anlisis del circuito setiene

l valor de la resistencia ser e-presado en la forma

l error relativo, ser

*omo puede oservarse, el m!todo ue dee ser utiliEado depende del valor de la resistencia ue seva a medir y de las resistencias internas de los medidores. e puede verificar ue el valor lmite estdado por la ecuacin

R F (1 x)


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!.!. L"0 #" O,M 0 ")$)*"'%$+.

*uando un conductor transporta corriente, e-iste un campo el!ctrico en su interior. n muc"osconductores, la densidad de corriente es proporcional al campo el!ctrico e-istente en el interiordel conductor ue es el ue produce la corriente, esto es

s a la constante de proporcionalidad, ue se le denomina conductividad el!ctrica del material (G).

i la conductividad no depende del campo el!ctrico, se dice ue el material cumple con la ley de'73 y por ello a estos materiales se les llama "micos. or otro lado si la conductividad del materialdepende del campo el!ctrico, la densidad de corriente no es proporcional al campo el!ctrico, a estosmateriales se llama no "micos.

ara determinar la relacin entre la intensidad de corriente I y la diferencia de potencial V entre lose-tremos del conductor, consideremos un se&mento de alamre de lon&itud y seccin transversalrecta 4 al ue se le aplica un campo el!ctrico E, uniforme como se muestra en la fi&ura2,

F$. !. Segmento de alambre portador de una corriente I.

ara determinar la diferencia de potencial entre los e-tremos a y b del conductor se aplica la ecuacin

or lo tanto la diferencia de potencial ser

%emplaEando el campo el!ctrico de la ecuacin (1=), en la ma&nitud de la densidad de corriente dadoen la ecuacin (1#) resulta


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Despeando a diferencia depotencial se otiene

-presin ue se puede escriir en la forma

a e-presin dada por la ecuacin (1H), se le conoce como ley de '"m macroscpica, pero esimportante comprender ue el verdadero contenido de la ley de '"m es la proporcionalidad directa(en el caso de ciertos materiales) entre la diferencia con respecto a la intensidad de corriente I o dela densidad de corriente con respecto al campo el!ctrico .

4un cuando la ecuacin (1H) muestra una relacin entre la resistencia, la diferencia de potencial y laintensidad de corriente, dee precisarse ue la resistencia R de cualuier material conductor estotalmente independiente de la diferencia de potencial aplicada y de la intensidad de corriente, siendoms ien dependiente de la &eometra del conductor y de la naturaleEa del material, as por eemplo siel conductor es recto de lon&itudL y seccin transversal constante 4, la resistenciaR es proporcional

a la lon&itudL e inversamente proporcional al rea de la seccin transversalA, siendo la constante deproporcionalidad la resisti*idad , la misma ue es el recproco de la cond+cti*idad G. or tanto la

resistencia se escrie en la forma

a ecuacin (1@) indica ue la resistencia es independiente de la diferencia de potencial y de laintensidad de corriente pero si depende de la lon&itud del conductor, del rea de la seccin transversaly de la conductividad del material del mismo.

n &eneral, la resistenciaR, de cualuier material de forma aritraria se determina usando la relacin

De acuerdo con la ecuacin (21), la unidad de la resistenciaR en el sistema internacional de unidadeses el ohmio, representada por la letra ome&a del alfaeto &rie&o (). ntonces

ara el caso de los resistores ue oedecen la ley de '"m, su &rfica intensidad de corriente enfuncin de la diferencia de potencial es una lnea recta como se muestra en la fi&ura #a. n el caso dedispositivos ue no cumplen con la ley de '"m, la relacin intensidad de corriente y diferencia de

potencial puede no ser una proporcin directa, y puede ser diferente con respecto a los sentidos de la

corriente. a fi&ura #, muestra la curva caracterstica para un diodo de vacio utiliEado para convertircorriente alterna de alto voltae en corriente contnua, *on potenciales positivos en el nodo conrespecto al ctodo, la corriente I es apro-imadamente proporcional a mientras ue con

potenciales ne&ativos la corriente es e-tremadamente peueJa. l comportamiento de los diodossemiconductores (fi&ura #c) es al&o diferente.

(a) () (c)


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F$/+ . 'elacin intensidad de corriente: )a$ 'esistencia hmica( )b$ ,iodo de *aco y )c$ ,iodo semicond+ctor

III. MATERIALES Y E2UIPOS

#.1. $na fuente de voltae D*#.2. $na caa de resistencia variale#.#. $n voltmetro#.>. $n ampermetro#.=. $na resistencia desconocida, un diodo y una omilla de luE#.;. $n restato#.


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T+36+II.

%alores e.&erimentales y tericos &ara '1y '2( obtenidos con el circ+ito de la Fi/

4.!. C/=+) %++%*">)*$%+) =6*+?" %$"'*"

+ Instale el circuito mostrado en la +i&ura ;. Donde O es la fuente, RV el restato (caa deresistencia variale), R1 la resistencia ue se va a medir (oina), V es el voltmetro, A es elampermetro y - es un interruptor.

F$/+ @. "irc+ito &ara determinar las c+r*as %oltae3 "orriente &ara +na resistencia

3 ncienda la fuente de tensin y re&ule el voltae entre 3V a 6V. %e&istre su valor% *ierre el interruptor y vare la resistencia RV para medir la intensidad de corrienteI ue circula

por la resistencia %1 (oina de alamre arniEado), cuando la diferencia de potencial entre susterminales V es de 0,5 V. %e&istre sus lecturas de los medidores en la /ala III.

# %epita el paso anterior para voltaes de 1,: 1,= 2,: 2,=, #,: #,= >,: >,= =,: voltios. %e&istresus lecturas de los medidores en la /ala III.

" Desconecte la resistencia (oina) y en su lu&ar coloue un diodo (fi&ura .@1 :.# 1;#;;.;< 1=::: M=N! >.H= :.# 1;1;;.;< 1=::: M=N >.


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F$/+


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V. CALCULOS Y RESULTADOS.

5.1. M"#$%$&' #" ")$)*"'%$+).

+ D"*"7$'" "6 " +3)6/* "6+*$= 0 9%"'*/+6 9++ %+#+ /'+ #" 6+) ")$)*"'%$+).

e tienen las si&uientes talas de datos

,atos de la tabla I obtenidos con el circ+ito de la fi/ 04

N V I(mA)R

exp()

Rfab(

)toler

1 1.3 65 20.00 205%

2 0.8 39.9 20.05 205%

3 0.57 28.5 20.00 20

5

%

promedio 20.02

N V I(mA)R exp

()

Rfab(

)toler

1 0.41 83.6 4.90 55%

2 0.22 45.4 4.85 55%

3 0.15 31.2 4.81 55%

promedio 4.8

,atos de la tabla II obtenidos con el circ+ito de la fi/ 0

N V I(mA)R

exp()

Rfab(

)toler

1 1.63 66.8 24.40 255%


9/22

2 0.97 39.9 24.31 255%

3 0.69 28.5 24.21 255%

promedio 24.31

N V I(mA)R

exp()

Rfab() toler

1 4.91 0.316366.6

71500

0 5%

2 4.85 0.316166.6

71500

0 5%

3 4.79 0.315966.6

71500

0 5%

promedio

!"!"".

"#

a determinacin de los errores de cada una de las resistencias se tiene las si&uientesconsideracionesP

T+*+7$"'*P 5' /4DI/I*' ya ue el nQmero de veces de las medidas tomadas sonmenores a @ (nC@)4s tenemosP

ERROR ABSOLUTO:

R=RmaxR min

2

ERROR RELATIVO:

Er= RR

Donde R=medidad promedio

ERROR PORCENTUAL:E=Erx100

E") 9++ 6+ ")$)*"'%$+ R !; (%$%/$* ;4

ERROR ABSOLUTO

R20=

20.0520.02

R20=0.025


10/22

ERROR RELATIVO

ea R=20.02

Er=0.025

20.02

Er=0.00124

ERROR PORCENTUAL

E=0.387 x100

E=0.124

E") 9++ 6+ ")$)*"'%$+ R 5 (%$%/$* ;4

ERROR ABSOLUTO

R20=

4.94.812

R5=0.045

ERROR RELATIVOea R=4.85

Er=0.025

4.85

Er=0.0093

ERROR PORCENTUAL

E=0.0093 x100

E=0.93

E") 9++ 6+ ")$)*"'%$+ R !5 (%$%/$* ;5

ERROR ABSOLUTO

R25=

24.4024.212

R25=0.095


11/22

ERROR RELATIVO

ea R=24.31

Er=0.095

24.31

Er=0.0039

ERROR PORCENTUAL

E=0.0039 x100

E=0.39

E") 9++ 6+ ")$)*"'%$+ R 15;;; (%$%/$* ;5

ERROR ABSOLUTO

R15000

=16366.6715966.67

2

R15000

=200

ERROR RELATIVOea R=16166.67

Er= 200

16166.67

Er=0.0123

ERROR PORCENTUAL

E=0.0123 x100

E=1.23

.

3 U*$6$+'# 6+) "%.@ < 0 1; #"*"7$'" 6) "") "6+*$=) 9++ %+#+ ")$)*"'%$+.

ean las ecuaciones mencionadasP

DondeP


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R=resistencai teorico

R=resistencia ex erimental

4s tenemosP

E") 9++ 6+ ")$)*"'%$+ R !; (%$%/$* ;4

ERROR ABSOLUTO

R20=2020.02

R20=0.02

ERROR RELATIVO

ea R=20.02

Er=0.02

20.02

Er=0.001

ERROR PORCENTUALE=0.1x100

E=0.124

E") 9++ 6+ ")$)*"'%$+ R 5 (%$%/$* ;4

ERROR ABSOLUTO

R20=4.855

R5=0.15

ERROR RELATIVO

ea R=4.85

Er=0.15

4.85

Er=0.031

ERROR PORCENTUAL

E=0.031 x100

E=3.1

E") 9++ 6+ ")$)*"'%$+ R !5 (%$%/$* ;5


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ERROR ABSOLUTO

R25=24.3125

R25=0.69

ERROR RELATIVO

ea R=24.31

Er=0.69

24.31

Er=0.028

ERROR PORCENTUAL

E=0.028 x100

E=2.83

E") 9++ 6+ ")$)*"'%$+ R 15;;; (%$%/$* ;5

ERROR ABSOLUTO R

15000=16166.6715000

R15000=1166.67

ERROR RELATIVO

ea R=16166.67

Er= 1166.6716166.67

Er=0.072

ERROR PORCENTUAL

E=0.072 x100

E=7.2

% C/6") %"" H/" )' )/) 9)$36") /"'*") #" ".


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$so incorrecto de los instrumentos. +allas del ampermetro y el voltmetro. a mala formacin de los circuitos. *ondiciones e-perimentales no apropiadas.

# C/6 #" 6) %$%/$*) ")%">+ 9++ 7"#$ /'+ ")$)*"'%$+ 9"H/"+ C/6 9++ /'+")$)*"'%$+ 7/0 +'#". J/)*$$H/" )/ ")9/")*+.

ara la resistencia eueJaP fi&ura :>

Ra ue se mide de manera directa su diferencia de potencial como es peueJaafectara le resistencia interna ue posea el ampermetro.

ara la resistencia &randeP fi&ura =

uesto ue facilitara la otencin de datos de su diferencia de potencial conde minimiEar errores.

5.!. C/=+) %++%*">)*$%+) =6*+?" K %$"'*".

+ E' /'+ ?+ #" 9+9"6 7$6$7"*+# *+%" 6+ $%+ #" 6+ $'*"')$#+# #" %$"'*"(#"'+#+) "' /'%$&' #"6 =6*+?" (+3)%$)+) 9++ 6+ ")$)*"'%$+ #" 6+ 33$'+

e tiene el si&uiente cuadroP

V(vol)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

I(A) 9 18.1

27 36.7 45 54.1 63 71.9

80.9

96.6


15/22

0 1 2 3 4 5 60

20

40

60

80

100

120

!"# $ 18.67" 1.12

R& $ 1

I v$ V

V(voltio$)

I(Amperio$)

3 2/ *$9 #" "6+%$&' 9/"#" #")%$3$ 6+ $%+ #" I V.

4 medida ue aumenta la intensidad de corriente aumenta tami!n la diferenciade potencial esto uiere decir ue tienen una relacin lineal o son directamente

proporcionales.

% P++ 6+ $%+ I K V #" 6+ ")$)*"'%$+ 2/ '73" "%$3" 6+ "6+%$&'

%elacin directamente proporcional esta relacin nos presenta la resistencia.

# P++ 6+ $%+ I K V #" 6+ ")$)*"'%$+ C/6 ") "6 =+6 #" 6+ 9"'#$"'*". 2/ )$'$$%+#>)$% *"'# #$%+ 9"'#$"'*".

a pendiente de la &rafica es la tan&ente del n&ulo de la lnea formada con laascisa la cual es la resistencia y adems nos ilustra ue dic"o material es decarcter "mico.

" U*$6$%" +'6$)$) #" "")$&' 6$'"+6 0 #"*"7$'" 6+ "%/+%$&' "79>$%+ #" 6+ "6+%$&' I K V.C/6") )' ")*) =+6") #" 6) 9+7"*) #" 6+ "%*+.

ean los datos de la tala III

N 1 2 3 4 5 6 7 8 9

V(vol) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

I(A) 9 18.1 27 36.7 45 54.1 63 71.9 80.9

ara "allar la recta se tieneP


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Y + 3DondeP

9 0 V (diferencial de potencial)R0I (intensidad de corriente)

4naliEando los datos se tiene el si&uiente cuadroP

N Vi I VxI Vi2

1 0.50 9.00 4.50 0.25

2 1.00 18.10 18.10 1.00

3 1.50 27.00 40.50 2.25

4 2.00 36.70 73.40 4.00

5 2.50 45.00 112.50 6.25

6 3.00 54.10 162.30 9.00

7 3.50 63.00 220.50 12.25

8 4.00 71.90 287.60 16.00

9 4.50 80.90 364.05 20.25

10 5.00 96.60 483.00 25.00!"# 20.00 366.50 1517.45 82.50

%emplaEando los valores otenidos en el cuadro anterior en la ecuacin de las constantes ay .e tienePa=0.27 A

b=18.46

ntonces la ecuacin de la recta esI=18.46V0.27

D"*"7$'" "6 =+6 #" 6+ ")$)*"'%$+ #" 6+ 33$'+ %' )/ ")9"%*$= " +3)6/* 0 9%"'*/+6.

a constante 0 1H.>; de la ecuacin de la recta representa a la resistencia (%).

R=18.46*uyo error asoluto esta dado porP


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or ende tenemos el si&uiente cuadro

N Vi I^

I ( I -^I )2

1 0.50 9.00 8.96 0.00

2 1.00 18.10 18.19 0.013 1.50 27.00 27.42 0.18

4 2.00 36.70 36.65 0.00

5 2.50 45.00 45.88 0.77

6 3.00 54.10 55.11 1.02

7 3.50 63.00 64.34 1.79

8 4.00 71.90 73.57 2.77

9 4.50 80.90 82.79 3.59

10 5.00 96.60 92.02 20.95

!"# 30.11

%emplaEando los datos de este cuadro en la ecuacin anterior tenemosP

ER=0.2976

ERROR RELATIVO:

ea R=18.46

Er=0.2976

18.46

Er=0.05287

ERROR PORCENTUAL

E=0.072x100

E=5.287

E' /'+ ?+ #" 9+9"6 7$6$7"*+# *+%" 6+ $%+ I V 9++ "6 #$#. 2/ *$9 #""6+%$&' 3)"=+ U#.. E) "6 "6"7"'* &7$%. C&7 #"*"7$'+>+ "6 =+6 #" 6+")$)*"'%$+ #"6 #$# 9++ /'+ #"*"7$'+#+ %$"'*". E896$H/"


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ean los datos de la /ala IV

e tiene la si&uiente &raficaP

V(vol)

0.76 0.78

0.79 0.8 0.81 0.82 0.83 0.84

0.85

0.86

I(A) 3.5 6.2 10.6 10.8 25.2 34.3 56.3 83.3

136 142.8


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/iene una relacin de carcter e-ponencial demostrando ue el diodo no es un

material de carcter "mico, por presentar su &rafica una curva no y no runa recta.a resistencia para una determinada corriente vendra a ser la pendiente o laderivada de la funcin o curva en dic"o punto. Dic"a funcin esP

I 1E1"4;.QV

or lo ue la %esistencia vara en cualuier punto dado.

E' /'+ ?+ #" 9+9"6 7$6$7"*+# *+%" 6+ $%+ I K V 9++ 6+ 679++ #" 6/. 2/ *$9#" "6+%$&' "'%/"'*+ U#. 9++ ")*" "6"7"'*. E6 "6"7"'* "')+0+# ") &7$%. C/6 ")6+ ")$)*"'%$+ #" 6+ 679++. I'6/0" 6+ *"79"+*/+ #"6 "6"7"'*.

ara el traEado de la &rafica se tiene los si&uientes datosP

V(vol

)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

I(A) 1.5 1.9 2.2 2.6 2.9 3.1 3.4 3.6 3.7 3.8


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/ienen una relacin lineal ya ue a medida ue se aumenta el voltae aumenta laintensidad de corriente, lo cual manifiesta ue la resistencia de la omilla tiende aser "mico.

iendo el valor de la resistencia i&ual a la pendiente de la recta(%0:.=2S).

a temperatura de la omilla influye en el valor de la resistencia ya ue a mayortemperatura mayor ser la resistencia.

$ C/6") %"" H/" )' 6+) 9$'%$9+6") /"'*") #" " "' 6+ #"*"7$'+%$&' #" 6+)"6+%$'") I K V 9++ 6+ ")$)*"'%$+ #$# 0 373$66+ #" 6/

a mala instalacin del circuito. a mala toma de los datos. as condiciones del medio donde se est realiEando la prctica.

+allas en el voltmetro y el ampermetro.

? U'+ ")$)*"'%$+ ")*'#+ #" /' 7 )" +3$%+ %' /' +6+73" #" %')*+*' #" 1 mm #"#$7"*. 2/ 6'$*/# #" +6+73" )" "H/$"".

or teora se sae ueP

R=L

A

L=RA

R=1

D=1mm=1103 m =49 10

8 m

4s tenemosP

L=

1 [(1103

m)2

4 ]49 10

8m

L=1.603m.


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C/'# ") =6$#+ 6+ 6"0 #" O7 0 "' H/ %'#$%$'") 9/#" ' )" =6$#+ 6+ 6"0 #" O7.

a ley de '"m es vlida cuando la resistencia permanece constante a aumentar la intensidad de corrienteas como la diferencia de potencial y no es vlida cuando vara su resistencia.

VI. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS

@.1. CONCLUSIONES

e "allo la resistencia de una omilla de luE, un diodo y una oina, de acuerdo a cada

circuito presentado as como se determino las distintas relaciones entre la intensidad decorriente y la diferencia de potencial.

e pudo conocer un material "mico y no "mico de acuerdo a las &raficas presentadas.

sta prctica nos permiti conocer la forma de realiEar un circuito as como las distintas

firmas de medir la diferencia de potencia y la intensidad de corriente.


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@.!. SUGERENCIAS

VII. BIBLIOGRAFA.

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