Informe 3 Ley de Ohm y Fuentes de Tensión Continua

 

 

MATERIA: LABORATORIO DE FISICA FISICA BASICA 3 ESTUDIANTES: FLORES ESPINO MELISA MENDOZA CABRERA NORMA RIVERA HERRERA MARIA ESTEFANI VALDIVIA FRANCO NAYRA BELEN ZARATE SALAZAR CARLA PATRICIA

DOCENTE: ING. LUIS CLAROS CRUZ HORARIO: JUEVES 14:15  – 15:45 FECHA DE ENTREGA:

JUEVES 14 DE ABRIL 2022

GRUPO: A2

CBBA  – BOLIVIA

 

 

  1) PREGUNTAS PREVIAS 1. ¿Qué representa la ley de Ohm?

La ley de Ohm se usa para determinar la relación entre tensión, corriente y resistencia en un circuito eléctrico. Para los estudiantes de electrónica, de Ohm (E =físicos. IR) es tan fundamental como lo es la ecuación de la relatividad de Einsteinla (Eley = mc²) para los

 = 

 

Cuando se enuncia en forma explícita, significa que tensión = corriente x resistencia, o voltios = amperios x ohmios, o .

 = 

La ley de Ohm recibió su nombre en honor al físico alemán Georg Ohm (1789-1854) y aborda las cantidades clave en funcionamiento en los circuitos. 2. ¿Con qué instrumento se mide la corriente eléctrica y la diferencia de potencial, y cómo se deben conectar para su medición?

Se denominan instrumentos de mediciones eléctricas a todos los dispositivos los dispositivos que se utilizan para medir las magnitudes eléctricas y asegurar así el buen funcionamiento de las instalaci instalaciones ones y máquinas eléctricas. La mayoría son aparatos portátiles de mano y se utilizan util izan para el montaje; hay otros instrumentos que son conversores de medida y otros métodos de ayuda a la medición, el análisis y la revisión. La obtención de datos cobra cada vez más importancia en el ámbito industrial, profesional y privado. Se demandan, sobre todo, instrumentos de medida prácticos, que operen de un modo rápido y preciso y que ofrezcan resultados durante la me medición. dición. Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia la  diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado, pero a la vez abierto en los polos. polos . Los voltímetros se clasifican por su funcionamiento mecánico, siendo en todos los casos el mismo instrumento. 3. ¿Qué es la resistencia interna? Una fuente de tensión real está compuesta de una fuente de tensión ideal en serie con una resistencia (llamada resistencia interna). Esta resistencia interna, no existe en la realidad de manera de que nosotros la podamos ver. Es una resistencia deducida por el comportamiento de las fuentes de tensión reales. ¿Como se obtiene la resistencia interna? Se mide la tensión en los terminales de una fuente de voltaje sin carga (sin RL). El voltaje medido será Vsc (voltaje sin carga) Se conecta una carga y se mide el voltaje en esta. El voltaje medido será Vcc (voltaje con carga) Se mide la corriente al circuito con carga. La corriente medida será I Una vez que se tienen estos valores se aplica la siguiente ecuación:

 

 = (   ) / 

 

4. ¿Qué valores deben tener las resistencias internas de los voltímetros y amperímetros?

En primer lugar, mediremos las resistencias utilizando utiliz ando la parte de óhmetro del polímetro digital. Comparad los valores medidos (teniendo en cuenta el error de medida del polímetro) con los valores nominales según el código de colores (teniendo en cuenta la tolerancia dada por el fabricante), que viene descrito en el apéndice 1. A continuación, determinaremos la resistencia interna del voltímetro y amperímetro analógicos, utilizando medidas de tensión y corriente con ambos aparatos. En primer lugar, determinaremos la resistencia interna del voltímetro analógico, rV, para la escala de 10 V. Montar el esquema de la figura, siendo R la caja de resistencias. Realizar varias medidas (al menos 6) de V e I para distintos valores de R, utilizando la escala del amperímetro más conveniente, y calcular la resistencia interna del voltímetro rV=V/I para la escala de 10V. Una manera es calcular la media de los valores obtenidos, aunque es siempre mucho mejor representar V en función de I, y obtener rV del ajuste por mínimos cuadrados. Dependiendo del tiempo disponible se elegirá uno u otro método. A continuación, determinaremos la resistencia interna del amperímetro en la escala de 10 mA. Montar el esquema de la figura 5b, siendo R la l a caja de resistencias. Iniciar el montaje con un valor grande de R para asegurarse que la corriente no exceda el valor máximo admitido por el amperímetro (escala de 10 mA). Utilizar la escala del voltímetro más adecuada para la caída de potencial que se esté midiendo. Realizar varias medidas (al menos 6) de V e I variando R (procurando que queden distribuidas uniformemente en todo el intervalo de I) y deducir de las mismas el valor de la resistencia interna del amperímetro rA=V/I, para la escala de 10 mA.

 

 

5. ¿Cuáles son las diferencias entre una fuente de tensión continua ideal y una real?

. = 0

Fuente de tensión ideal es la que tiene una  y produce en la salida una VL = cte. Fuente de tensión real es la que tiene una determinada  En esta  En  hay una pérdida de tensión.  hay El resto de tensión va a la carga que es la que se aprovecha.

.

.

6.Mencione sobre los cuidados que se deben tener al utilizar una fuente de tensión.

 

Reemplace los cables que estén dañados o deshilachados.

 

No coloque cables debajo de alfombras o tapetes. Recuerde que los tomacorrientes sobrecargados pueden provocar un incendio. Proteja su casa para niños con tapas de tomacorrientes o tapas de plástico para tomacorrientes. Nunca coloque un aparato o dispositivo electrónico en el borde de la bañera. Nunca toque un aparato que se haya caído al agua. Apague la energía en el disyuntor antes de desenchufar o quitar el aparato. No use un secador de pelo si tiene las manos mojadas o si está parado sobre un piso húmedo. Mantenga los calefactores portátiles alejados de cortinas, alfombras y periódicos.

•

•

 

•

 

•

 

•

 

•

 

•

 

•

7.  ¿Qué es la fuerza electromotriz de una fuente, y en qué se distingue con una diferencia de potencial? 

 

La fuerza electromotriz (f.e.m) es la manifestación, en términos de diferencia de potencial eléctrico, de una corriente eléctrica inducida debida a una variación temporal del flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado (que no significa superficie cerrada) conforme la ley de Lenz-Faraday. Por tanto, la f.e.m. no es una fuerza como tal, aunque es la causante del transporte de carga de un punto a otro (corriente eléctrica) mediante fuerzas no conservativas. La f.e.m. se define positiva, pero, como ocurriera con la d.d.p., puede tener signo negativo si se mide en sentido contrario al movimiento natural de las l as cargas.  cargas.  8. ¿Cuál es la interpretación de la corriente de cortocircuito?

La corriente de cortocircuito es la corriente a través de la célula solar cuando el voltaje a través de la célula solar es cero (es decir, cuando la célula solar está en cortocircuito). Por lo general, escrita como ISC, la corriente de cortocircuito se muestra en la curva IV de abajo.

La corriente de cortocircuito es debida a la generación y recogida de los portadores inducidos por luz. Para una célula solar ideal, con los mecanismos de perdidas resistivas más moderados, la corriente de corto circuito y la corriente inducida por luz son idénticas. Por lo tanto, la corriente de cortocircuito es la corriente más grande que puede extraerse de la célula solar.

2) OBJETIVOS ❖ Comprobar la ley de Ohm. ❖ Determinar la resistividad continua y la corriente que circula por el circuito. ❖  Determinar

el valor de la fuerza electromotriz, la resistencia interna y la corriente de cortocircuito de una fuente de tensión continua. 

 

  3) FUNDAMENTO TEORICO

La ley de Ohm es la relación existente entre conductores eléctricos y su resistencia que establece que la corriente que pasa por los conductores es proporcional al voltaje aplicado en ellos. El físico alemán Georg Simón Ohm (1787-1854) fue el primero en demostrar experimentalmente experimentalme nte esta relación.



La Ley De Ohm indica que la diferencia di ferencia de potencial  entre los extremos de un conductor es directamente proporcionalidad es la resistencia eléctrica que el conductor ttiene iene a all paso de la corriente:

 = 

3.1 

 

Enunciado de la ley de Ohm Ohm descubrió al a l principio del siglo XIX que la corriente a través de un metal era directamente proporcional al voltaje o diferencia de potencial eléctrico por el metal. El descubrimiento de Ohm condujo a la idea de la resistencia en los circuitos. Donde:

  

: es el potencial eléctrico e en n voltios,

 es la corriente en amperios,  es la resistencia cuya unidad es el ohmio [Ω]. 

Fuente de tensión continúa ideal: Una fuente de tensión continua ideal, es aquella fuente que suministra una diferencia de potencial  constante, para cualquier valor de la corriente eléctrica que circula por el circuito (Figura 3.1(b)), es decir, es independiente del valor de la resistencia eléctrica R del circuito de la Figura 3.1(a).



Figura 3.1. Fuente de tensión ideal.

Fuente de tensión continúa real: Es aquella que entre sus bornes proporciona una diferencia de potencial que depende del valor de la corriente que circula por el circuito. Aplicando la ley de voltaje de Kirchhoff, el voltaje entre los puntos a y b del circuito de la figura 3.2(a) es:

  = Ɛ   

 

3.2

 

Donde:

Ɛ 

: es la FEM. : es la resistencia interna.

Los valores extremos para la resistencia eléctrica R de la Figura 3.2.(a) son: para R = ∞, se tiene un circuito abierto, entonces la corriente en R es cero, entonces se tiene que Ɛ =   .

 

Para R = 0, se tiene un circuito en cortocircuito, los bornes de la fuente de tensión están unidos a través de una conexión de resistencia despreciable. La corriente de cortocircuito  es la máxima posible.

  = Ɛ / 

 

Figura 3.2. Fuente de tensión real.

Figura 3.3. Circuito para la ley de Ohm.

3.3  

 

  3) MATERIALES

MATERIAL

Fuente de tensión  continúa alimentada con  energía

DEFINICION

Son un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato.

eléctrica. 

Resistencia de valor constante.

Se utilizan para ofrecer cierta oposición al paso de la corriente.

oltím tro 

Instrumento de medición que se utiliza para medir la diferencia de potencial eléctrico, también conocido como voltaje, entre dos puntos en una corriente eléctrica.

IMAGEN

 

  Cable de conexión 

Se usan en sistemas electrónicos para conectar un dispositivo con otro. Están compuestos de cobre y recubierto de plástico.

4) REGISTROS Y ANALISIS DE DATOS: Primer parte:



 

 

 

 

        

0,0,00183448 0,0,006278

1,2,3,021683 4,5,0036

 

 

        

        

Tabla 1.1: Registro de los valores de la corriente eléctrica y voltaje.

Graficando el voltaje

()

 en función de la corriente co rriente eléctrica

()

 con los valores de la tabla 1:

Voltaje en función de la corriente electrica 6 5 4       ]         [ 3  

2 1 0 0

0,02

0,04

0,06   [ 

]

La curva de ajuste según la gráfica es:

=+

 

0,08

0,1

 

La ecuación experimental es:

=+∗ ↔ = ; =

 

Con el método de Mínimos Cuadrados determinamos los parámetros de la ecuación experimental con sus respectivos errores:

Entonces:

  = (0,052±0,087) 87);167,308% =(65,921±1,663)[ ];2,523% =(65,921±1,663)[ =0,999   = 0 ↔    ( ( )

 

 

 

 

o

 

Ecuación experimental, Ecuación Teórica:

= +∗ = ∗+0 =0,052+65,921∗

 

 

  Segunda parte:

Tabla de datos





 



 

Ω

 

0,001

5,04

0,078

64,615

0,0005 0,0007

5,4 5,00

0,022 0,038

222,727 147,368

0,00035

5,6

0,012

466,667

 

Fórmula para determinar el valor de R:

R = VI

 

R = 0,5,00754

 

R = 0,5,0422

 

R = 245,4

R = 64,62  

R = 0,5,00380

R = 0,5,0612

 

 

R = 466,67

R = 131,58

  Graficamos los valores de:

Ω

 



64,62

0,001

245,45

0,0005

131,58

0,0007

466,67

GRAFICA R[Ω] vs D[m]

 

0,00035

0,0012 0,001 0,0008

      S       E       L       A       I 0,0006       D       A       R

0,0004 0,0002 0 0,00

100,00

200, 00

300,00

DIAMETRO

400,00

500,00

 

Ω  ln()

Linealízanos los valores aplicando logaritmo natural a la l a tabla

Ω



 

64,62

0,001

245,45

0,0005

131,58

0,0007

466,6

0,00035

 

 vs 

 

4,168452534 5,503111779 4,879607032 6,145615227

ln()

 

-6,907755279 -7,60090246 -7,264430223 -7,957577403

GRAFICA ln(R) vs ln (D) -6,8 0

1

2

3

4

5

6

-7 -7,2       S -7,4       E       L       A       I       D       A       R -7,6

-7,8 -8 -8,2

DIAMETRO

Según la gráfica, la curva de ajuste es:

Ecuación experimental 

 =      =     

 =  +   

Con el método de Mínimos cuadrados, encontrar los parámetros de ajuste.    

ln()

ln()

4,168452534

-6,90775528

5,405948031

-7,60090246

4,992935717

-7,26443022

6,145615227

-7,9575774

∑X =

X=X1+X2+X3+X4

 

 4,168452534 + 5,405948031 + 4,992935717 + 6,145615227  20,69678657

∑X =

7

 

Y=Y1+Y2+Y3+Y4 ∑Y

 

= -6,90775528 -7,60090246 -7,26443022 -7,9575774

∑Y

= -29.73066536  

∑∑ YX ∑ XY

 = 109,2393871  = 221,5857858  = -154,9755071

Determinamos los Valores de A y B:

=4 Con el método de mínimos cuadrados encontramos

  ==  0,4,563148562 8264618  

   

 =  0,99972

  – () =     = 4∗221, 5 857858 + (20, 7 129515)  = 8,60057  

 

 

 di =  Y 2AY2BXY+nA +X+B  X ∑ = (154, 221,5857858 5857 858 1) 2+∗4((4,4,46,8264618 8264 618) ) ∗ +((29, 29,4,7306653 7306 6536) 6)8)∗– ∗2(( 0,0,553148562 3148562) 3148562)) ∗ 9755071) 9 75507 6 8264618) 8264 618) ( 6 826461 826 4618) (20,69678657) + ( 0,53148562) ∗(109,2393871) ∑  ∑ di  2 σσ == 0,n 0400346 2 σ = 1,9999  

 

 

= 0,000346

 

 

 

σ =  ∗Δ∑ 

 

,∗,  σ =   ,

σ =5,039

 



σ =   Δ∗

 

 

σ =  ,,∗  σ = 0,96  

 

 

Con nuestros errores encontrados y con el método de Mínimos Cuadrados, encontramos los parámetros:

ℎ∗ ,076%   == (( 4,0,6553± 833 ±±0,5,996)60)4)4)ℎ∗ ℎ∗,1,,8111%  

Calculamos los parámetros a y b y sus respectivos errores

 

 

=  =  0,53  

ln() n() = 

 =   =  − ,  = 0,63  

 

 

Para el error de a y b:

  =  = √   = а ∗    ==3,18 0,63∗5,04

 =  = √    = а ∗    == 0,96 1 ∗ 0,96

 

 

 

 

 

 

 

Parámetros a y b con sus respectivos errores

 = (0,63 ± 3,18) 8); 0,21%  = (0,53 ± 0,966)); 1,8811

 

 

COMPARACION:  

L = 10 cm = 0,1 m  

RESISTIVIDAD:: Comparando la ecuación teórica y experimental RESISTIVIDAD

 = 0,1[] 

  = 4 ∗∗  0,63 ∗   = = 4∗0,1 4,94  

 

 

 = || ∗    = 4∗    ∗   = 4∗0,1 ∗3,18  = 24,97  

 

 

Error de densidad

 = (4,994± 4 ± 2424,,97));0,197%

 

 

 

 

  5) CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES:  •

  Para trabajar como en un laboratorio real se hace la configuración de

poner una resistencia al alambrey una resistencia interna a la batería batería se hace ello porque se encuentra encuentra una fuente ideal tanto el circuito y el el alambre y que así mismo no tiene una resistencia en lo que cabe decir que cada alambre tiene una resistencia eléctrica ya que tiene una determinada longitud, diámetro y material. •

diferencia de potencial (voltaje) (voltaje) se   Las baterías o pilas para generar diferencia aplica diferentes procesos yaseapormezclas químicas,embobinado

o circuitos internos de algún material seconforma ello y esos mismos materiales al mismo tiempo generan resistencia interna, diferencia de potencial (voltaje) cuando empieza generar un flujo de carga.

CO NCL US IONES:  •

  Se puede concluir que la corriente fluye por un u n circuito donde la cantidad de

corrientequefluye corrienteque fluyepor porel elmismo mismoesdirectamente esdirectamenteproporcional proporcional ala alafuerza fuerza aplicada. Esto puede ser visto en los datos obtenidos en la primera parte del experimento donde a medida que aumentaba aumentaba el voltaje también aumentaba la corriente. Sin embargo,podemos embargo,podemosdecir decirque quela lacantidad cantidadde decorriente corrientees inversamenteproporcional a la resistencia también observado en los datos de inversamenteproporcional la segunda parte. Se lograron medir las resistencias y comprobar la ley de Ohm Ohm con gran exactitud y calcular valores de resistencia equivalentes para cada lectura tomada.

6) CUESTIONARIO 6.1. ¿Cuál de las dos fuentes de tensión estudiadas se acerca más a una fuente de tensión ideal? Justifica su respuesta.

R.- Cuando una fuente de tensión continua es analizada en los bornes de la fuente es más probable que sea una fuente de tensión continua ideal. i deal. 6.2. En una fuente de tensión continua real, ¿cuál debe ser el valor de la resistencia eléctrica R para tener una máxima transferencia de potencia?

R.- Si el valor de Ri (resistencia interna en las fuentes de alimentación) alimentación) es alto, en la carga aparecerá solamente una pequeña parte del voltaje debido a la caída que hay en la resistencia interna de la fuente. Si la caída en la Resistencia interna ri es pequeña (el caso de la fuente de tensión nuevas con Ri pequeña) casi todo el voltaje aparece en la carga. Entones el valor de la resistencia R, para que exista máxima transferencia de potencial debe ser igual a la resistencia interna. 6.3. ¿La ley de Ohm es válida para todo tipo de materiales? Justifique su respuesta.

R.- la resistencia de un cuerpo depende de:

 

 

•

 

•

Su temperatura. Por lo tanto, la ley de Ohm solo es aplicable cuando el conductor se encuentra en un determinado rango de temperaturas. El material que lo compone. La ley de Ohm solo se cumple para determinados materiales denominados óhmicos (cobre, aluminio, etc.)