Experimento 4
September 15, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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LA LEY DE OHM (EXPER.)
1.4 EXPERIMENTO N° 5
CONTENIDO INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. ............................................................................................................................................ ................................ 3 ....................................................................................................................................................... 4 OBJETIVO ........................................................................................................................................................
CONTEXTO DEL LABORATORIO .......................................................................................... ............................................................................................................... ..................... 4 EXPOSICIÓN ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... 4 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS................................................................. ....................................................................................................................... ...................................................... 6 PROCEDIMIENTOS ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ 6 ................................................................................................................. ......................................... 10 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS ........................................................................
CONCLUSIÓN ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... 12 ........................................................................................................................................................ .................................................... 13 ANEXO 1 ....................................................................................................
CÁLCULOS ................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................... 13 ........................................................................................................................................................ .................................................... 16 ANEXO 2 .................................................................................................... PRUEBA DE CONOCIMIENTO CONOCIMIENTOS S .................................................................... ............................................................................................................. ......................................... 16
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INTRODUCCIÓN
Durante este laboratorio estudiaremos la ley de ohm de forma práctica y sus diversas formas, y vamos a familiarizarnos con la utilización de los módulos de fuente de energía, de resistencia, voltímetro y amperímetro. Para ello, se conectara el circuito como se indica en la figura 5.3 y se variaran los voltajes para observar cómo será la corriente en esos puntos específicos; para ver lo que ocurre gráficamente se trazara una curva con los datos obtenidos.
Luego se procederá a comprobar las forma alternativa de la ley de ohm I= E/R, E=IxR utilizando el mismo circuito. Además se realizaran los cálculos de la resistencia equivalente del circuito y se comprobaran en el módulo de resistencias con la ayuda del multímetro.
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OBJETIVO Aprender la ley de Ohm y sus diversas formas. · Familiarizarse con los voltímetros y los amperímetros de CD. ·
CONTEXTO DEL LABORATORIO EXPOSICIÓN La resistencia eléctrica es la oposición que existe al flujo de la corriente en un circuito, y depende de muchos factores. El alambre de cobre, aunque se considera un buen conductor de corriente eléctrica, presenta cierta resistencia. Un físico alemán, George Simon Ohm (1787-1854), descubrió que para un conductor metálico dado, de una longitud y corte transversal específicos, la relación entre el voltaje y la corriente era una constante. Esta relación se conoce como resistencia y se expresa en la unidad ohm, denominada así en su honor. La ley de Ohm se considera a menudo como el fundamento del análisis de circuitos y se puede expresar mediante la formula =
En donde,
E= la diferencia de potencial entre los dos extremos de un elemento de resistencia (que se mide en volts) I= la corriente eléctrica que pasa por dicho elemento de resistencia (que se mide en amperes). R= la resistencia del mismo elemento (que se mide en ohms). Existen otras dos formas útiles que se pueden derivar de la ecuación (1), y son: =
=
Para producir una corriente, primero debe existir un voltaje en la resistencia. Los primeros experimentadores en este campo, reconocieron el hecho de que una corriente eléctrica constituía un movimiento de cargas a lo largo de un conductor. El sentido del flujo de la corriente no se pudo determinar y, desgraciadamente, se convino en forma arbitraria que fuera desde un cuerpo de carga positiva hacia otro de carga negativa (positivo a negativo), y este acuerdo se estableció tan firmemente, que sigue en vigencia hasta nuestros días. Así pues, la dirección convencional convenc ional o dirección positiva del flujo de la corriente es siempre de positivo a negativo .aunque se saber ahora que la dirección del flujo electrónico, que en realidad constituye una corriente eléctrica, va de negativo a positivo.
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Los sistemas de energía eléctrica de los que este programa forma parte, utilizan el flujo de iente para la corriente eléctrica. Este este sistema “convencional “, la corriente convencional convenc ional de la cor rriente va de la terminal positiva a la negativa. El volt es la unidad de la presión o el potencial eléctrico, y se mide con un voltímetro. Los voltímetros poseen una alta resistencia eléctrica y siempre se conectan en paralelo con un circuito o componente,, por ejemplo, una resistencia. Vea la figura 5.1 componente
Figura 5.1 EL VOLTÍMETRO SE CONECTA EN PARALELO A LA RESISTENCIA DE CARGA R1
Cerciórese siempre de que las polaridades concuerden con las marcadas en las terminales del medidor, a fin de obtener una lectura positiva (escala arriba). Si se invierten las conexiones, la aguja se desviara en la dirección negativa. El ampere es la unidad de la corriente eléctrica y se mide con un amperímetro. Los amperímetros tienen una baja resistencia interna y se conectan en serie con el circuito o el componente,, por ejemplo, una resistencia. Vea la figura 5.2 componente
Figura 5.2 EL AMPERIMETRO SE CONECTA EN SERIE CON LA RESISTENCIA DE CARGA R1
Las mismas observaciones que se hicieron respecto a la polaridad del voltímetro se aplican al amperímetro. La polaridad se debe mantener para obtener de la deflexión adecuada de la aguja.
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INSTRUMENTOS Y EQUIPOS Módulo de fuente de energía (0-120V c-d)
EMS 8821
Módulo de resistencia
EMS 8311
Módulo de medición de CD (200V ,500mA, 2.5A)
EMS 8412
Cables de conexión Otros:
EMS 8941 Ohmímetro
PROCEDIMIENTOS Advertencia: ¡En este experimento se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡Debe desconectar la fuente después de realizar cada medición!
1. Use el ohmímetro para medir la resistencia entre las terminales del voltímetro de
200V c-d R= 197 K ohm. 2. Mida la resistencia del amperímetro de 2.5A c-d
R= 15 ohm. 3. Mida la resistencia del miliamperímetro de 500mA c-d
R= 1.1 ohm. 4. ¿Es mucho mayor la resistencia interna del voltímetro que la de los dos medidores
de corriente? Sí ¿Puede explicar por qué? Ver respuesta a la pregunta del problema 4 en anexo 1
5. Use los módulos EMS de resistencia medición de CD Y Fuentes de energía para
conectar el circuito ilustrado en la Figura 5-3. Tenga sumo cuidado al establecer las polaridades. Cerciórese Cerciórese de que el interruptor de alimentación este abierto, la lámpara indicadora on-off este apagada y que a la perilla del control del voltaje variable de salida se ha dado toda la vuelta en sentido contrario al de las manecillas del reloj. El interruptor del voltímetro de la fuente de energía debe estar en la posición de CD y, además, deberá indicar cero volts. (7 es la terminal positiva y N la negativa para la salida de voltaje en c-d de la fuente de energía.)
6
Figura 5.3
6. Conéctate la fuente de energía y haga girar lentamente la perilla de control del
voltaje de salida (en el sentido de las manecillas del reloj) hasta que el voltímetro de 0-200V c-d conectado a la carga de 300 ohms indique 20V, c-d. El miliamperímetro miliamperímetro de 0-500mA c-d indicara indicara la corriente de que pasa pasa por el circuito. Anote este valor en el aspecto correspondiente de la tabla. Haga lo mismo para los diferentes voltajes que se indican en la tabla 5.1. Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía (No desconecte el circuito.) VOLTS E AMPS I
0 0
20 0.08
40 0.14
60 0.20
80 0.27
100 0.33
120 0.40
7. Grafique las corrientes anotadas anotadas (a los voltajes indicado indicados) s) en la tabla 5-1 , sobre la
gráfica que aparece en la figura 5.4
400
300 S E E
200 I L I E I
100
0
20
40
60
80
100
120
E EN VOLTS
7
8. Trace una curva continua por los l os puntos marcados. ¿Es directamente proporcional
la corriente al voltaje (se duplica, triplica, etc., la corriente cuando el voltaje se duplica, triplica, etc.)? Sí Ver cálculos de la pregunta 8 en el anexo 1
9. Con los valores de I Y E de la tabla que aparece en el procedimientos 6, calcule
las relaciones de E/I Correspondientes a cada caso. Anote sus cálculos en la tabla 5.2. Ver cálculos de la pregunta 9 en el anexo 1 E E/I
20 250.000
40 285.714
60 300.000
80 80 296.296
100 303.030
120 300.000 300 .000
10. El valor promedio de E/I es 289.173 Ω observa que la relación entre el voltaje
aplicado a la resistencia y la corriente que pasa por ella es valor constante denominado resistencia.
Ver cálculos de la pregunta 10 en el anexo 1
11. A continuación deberá comprobar que la forma alternativa de la ley de Ohm
(I=E/R) es válida. Use el mismo circuito de la figura 5-3. Conecte la fuente de energía y ajústela a 90 V cd. De acuerdo con la lectura que aparezca en el voltímetro conectado a una resistencia de 300 ohms. Mida y anote la corriente que pasa por la resistencia. Ver cálculos de la pregunta 11 en el anexo 1
= 0.3 A CD
Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía. ¿Es =E⁄R= 90⁄300? 0.3 A 12. Ahora verificará que la otra forma de la ley de ohm (E = I x R) es válida. Utilice
el mismo circuito que aparece en la figura 5.3; sin embargo, en esta ocasión, la resistencia se ajustará a 600 ohm. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje de salida hasta que el medidor de corriente indique 0.2 amperes. Mida y anote el voltaje a través de la resistencia de 600 ohm. Ver cálculos de la pregunta 12 en el anexo 1
= 120 V CD 8
Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de alimentación. 20 V ¿Es = I x R=0.2 x 600? 1120 13. Ahora deberá medir el valor de una resistencia equivalente sin utilizar el
ohmímetro. Emplee el mismo circuito que aparece en la figura 5.3. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje de salida a 60 V CD según lo indique el voltímetro conectado a la resistencia. Haga variar la resistencia por medio de los siguientes interruptores hasta que el medidor de corriente indique aproximadamente 0.3 amperes. Reajuste el control control de voltaje si es nec necesario, esario, a fin de mantener mantener 60 V CD en la resistencia. Ver respuesta a la pregunta del problema 13 en anexo 1
a. Aplique la ley de Ohm, el voltaje anterior anterior (60V) y la corriente (0.3 A), para calcular la resistencia equ equivalente ivalente que se tiene ahora en el el circuito. = E⁄I=60⁄0.3=
200 Ω
Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía. b. Use la fórmula de la resistencia en paralelo y, con las resistencias que conectó en paralelo, calcule =
200 Ω
¿Concuerdan más o menos los valores de a) y b)? Sí 14. Desconecte el circuito sin perturbar la posición de los interruptores de las resistencias. Utilice el ohmímetro para medir la resistencia equivalente del procedimiento 13. 13.
= 198.2 Ω
¿Concuerdan más o menos la lectura correspondiente a y el valor de calculada en el procedimiento 13. b)? Y Explique por qué? Ver respuesta a la pregunta del problema 14 en anexo 1
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PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Use la ley de ohm en sus diversas formas, parar llenar los espacios en blanco de la tabla 5-3. Ver conexión solución del problema 1 de la figura 5.3 de la prueba de conocimiento en el anexo 2 NO. E I R
1 6 2 3
2 125 5 25
3 4 0.5 8
4 9 3 3
5 72 6 12
6 5 10 0.5
7 12 3 4
8 12 30 0.4
9 100 k 100 1000
10 120 1.2 k 0.1
2. Un medidor de 3A c-d tiene una resistencia de 0.1 ohm. Si accidentalmente se le conectara a una línea de alimentación de 120V c-d, ¿Cuál sería la corriente que pasaría por el instrumento? Ver respuesta y cálculos de la pregunta 2 de la prueba de conocimiento en el anexo 2 I= 1200 A c-d
¿Qué sucedería en tal caso? 3. Un medidor de 3A c-d tiene una resistencia resistencia de 0.15 ohms y porta un corriente de 2 amperes. ¿Cuál es el voltaje en sus terminales? Ver respuesta y cálculos de la pregunta 3 de la prueba de conocimiento en el anexo 2
E=0.3 V c-d
4. Un medidor de 0-150V c-d tiene una resistencia de 150,000 ohms. ¿Cuál es la corriente que pasa por el el instrumento cuand cuandoo se conec conecta ta a una línea ddee 120V c-d? Ver respuesta y cálculos de la pregunta 4 de la prueba de conocimiento en el anexo 2 I= 0.0008 A c-d
5. Un experimentador toca accidentalmente accidentalmente una línea de 240V c-d. si la resistencia de su piel es 10,000 ohm, ¿cuál es el valor de la corriente que pasa por su cuerpo? Ver respuesta y cálculos de la pregunta 5 de la prueba de conocimiento en el anexo 2
I= 0.024 A c-d ¿Es peligrosos esta corriente? Sí 6. Una planta de electrodeposición tiene barras colectoras que portan hasta 10,000 amperes a 6 volts en corriente directa. El medio circundante es muy húmedo debido a un exceso de agua y electrolito. ¿deben aislarse dichas ba barras rras y de ser necesario, porque? porque? 10
Ver respuesta de la pregunta 6 de la prueba de conocimiento en el anexo 2
7. Se ha visto que las aves pueden pararse en cables de trasmisión sin aislar y con voltajes hasta de 2,300 volts, y que aparentemente no sufren ningún daño. ¿se debe a la naturaleza extremadamente extremadamen te seca de su patas? Ver respuesta de la pregunta 7 de la prueba de conocimiento en el anexo 2
8. Un amperímetro que tiene una escala escala de 0.1A c-d y una resistencia de 1ohm, se con conecta ecta a una fuente de 300 milivolts. ¿qué valor indicara? Ver respuesta y cálculos de la pregunta 8 de la prueba de conocimiento en el anexo 2
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CONCLUSIÓN Durante el desarrollo de la práctica se realizaron experimentos para comprobar la ley
de ohm. El voltímetro se conecta en paralelo a la resistencia; mientras que el amperímetro se conecta en serie a la resistencia El flujo de corriente que circula por un circuito eléctrico cerrado es directamente
proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia en ohm que se tiene conectada. Al realizar la gráfica de intensidad vs voltaje se obtuvo una recta y no curva esto es
debido a que las variaciones de corriente son proporcionales al voltaje aplicado y por lo tanto se cumple la ley de ohm.
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ANEXO 1 CÁLCULOS Respuesta
de la pregunta 4
La resistencia interna del voltímetro Sí es mayor o o
Los medidores de corriente no deben perturbar el circuito que se está midiendo
Datos
obtenidos para el problema 6
VOLTS E AMPS I
0 0
20 0.08
40 0.14
60 0.20
80 0.27
100 0.33
120 0.40
Grafica del problema 7
VOLTS E
0
20
40
60
80
100
120
AMPS I
0
80
140
200
270
330
400
I vs E 450 y = 3.2679x + 6.7857 R² = 0.9988
400 S 350 E R 300 E P M250 A I L I 200 M N150 E I 100
50 0 0
20
40
60
80
100
120
140
E EN VOLTS
Respuesta
de la pregunta 8 Sí, la corriente es directamente proporcional al voltaje
Respuesta y cálculos de la pregunta 9 E E/I
20 250.000
40 285.714
60 300.000
80 80 296.296
100 303.030
120 300.000 300 .000
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= = = = =
. . . .
= 250.000 Ω = 285.714 Ω = 300.000 Ω = 296.296 Ω
= . = 303.030 Ω
=
.
= 300.000 Ω
Respuesta y cálculos de la pregunta 10
Valor promedio de E/I Valor Promedio= 250+285.714+ 250+285.714+300+296.29 300+296.296+303.030+3 6+303.030+300= 00= 1735.04 1735.04 6 Respuesta
= 289. 289.17 173 3 Ω
y cálculos de la pregunta 11
= 0.3 A CD =
=
Respuesta
90
300 Ω = .
y cálculos de la pregunta 12
= 120 V CD = = 0.20 0.20 Ω 600 600 = 120 Respuesta y cálculos de la pregunta 13
a. =
o
o
=
=
b. =
.
( )
+ ( )
=
=
+
Ambas respuestas Sí concuerdan 14
Respuesta
de la pregunta 14
= .
Sí concuerdan las respuestas con respecto a la calculada en el problema 13; las pequeñas variaciones pueden pueden deberse a la precis precisión ión del medidor y a la tolerancia de los componen componentes tes
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ANEXO 2 PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1. Solución del problema 1 de la figura 5.3 de la prueba de conocimiento y cálculos realizados
NO. E I R
1 6 2 3
2 125 5 25
1. = =
3 4 0.5 8
4 9 3 3
5 72 6 12
6 5 10 0.5
7 12 3 4
8 12 30 0.4
9 100k 100 1000
10 120 1.2 k 0.1
= 3 Ω
2. = = 25 Ω(5 A) = 125 V 3. =
=
4. = =
= 0.5 A
= 3 Ω 5. = = 12 Ω(6 A) = 72 V 6. = = = 0.5 Ω
7. =
=
8. = =
= 3A
= 0.4 Ω 9. = = 1000 Ω(100 A) = 100 x 10 = 100 kV 10. = = = 1200 A= 1.2 k A .
2. Respuesta y cálculos de la pregunta 2 de la prueba de conocimiento = 120 = 0.1 Ω I= 1200 A c-d
Puesto que solamente 3 amperes de CD causan máxima deflexión, la aplicación de 1200 A CD destruiría el medidor.
3. Respuesta y cálculos de la pregunta 3 de la prueba de conocimiento
= = (0 (0.1 .15Ω 5Ω)( )( 2) 2) E=0.3 V c-d
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4. Respuesta y cálculos de la pregunta 4 de la prueba de conocimiento = 120 = 150000 Ω
= 0.8 10− = 0.00 .0008 I= 0.0008 A c-d
5. Respuesta y cálculos de la pregunta 5 de la prueba de conocimiento = =
240
10000 Ω
= 0.024
I= 0.024 A c-d La corriente de 0.024 A Sí es peligrosa 6. Respuesta de la pregunta 6 de la prueba de conocimiento
Sí deben aislarse dichas barras. Porque si no se aíslan las barras, la operación de electrodeposición sufriría la perdida de mucha corriente mediante la trayectoria de baja resistencia creada por el medidor y el medio circundante cubierto de electrolito. 7. Respuesta de la pregunta 7 de la prueba de conocimiento
No. Porque las aves aves están en contacto con un un solo terminal de una fuente de energía, energía, por eso no hay diferencia de potencial entre sus patas. 8. Respuesta y cálculos de la pregunta 8 de de la prueba de conocimiento
=
=
300 10−
1Ω
= 0.3 C-d
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