Ley de Ohm y Ley de Kirchhoff

 

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE CIENCIA DEPARTAMENTO DE FISICA  

EXPERIENCIA Nº 4 LEY DE OHM Y LEYES DE KIRCHHOFF OBJETIVOS.1.  Establecer la relación voltaje - corriente eléctrica para conductores metálicos y no- metálicos. 2.  Verificar la ley de Ohm en circuitos de corriente continua. 3.  Comprobar experimentalmente experimentalmente las lleyes eyes de Kirchhoff en circuitos resistivos.

INTRODUCCIÓN.Ley de Ohm. Para mantener una corriente eléctrica circulando a través de un conductor debe existir dV un campo eléctrico aplicado  E  , o bien, un gradiente de potencial  en el interior de él. ds 

Si se considera un hilo conductor homogéneo de longitud L y sección transversal uniforme A, por el cual circula una corriente constante i, entonces se define la densidad media de corriente J  como:  como:

J 

i

 A

m2

 A Los materiales conductores difieren entre sí en el valor de J establecido para un campo eléctrico dado. La razón de la densidad de corriente J a la intensidad E del campo eléctrico se denomina conductividad eléctrica  del  del material considerado; así: J

  σE  

La conductividad de un material homogéneo varía con la temperatura y en un grado menor de otras condiciones físicas. Para muchos materiales, principalmente metales, la conductividad es independiente del campo eléctrico aplicado, y entonces se obtiene:

1

 

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i

 

  σ A

dV ds

 



dado que E 

dV   ds

Si Va  y Vb son los potenciales en los extremos del conductor de longitud L, y si constante, se tiene que:

i

σ  es

σ A

  Va   Vb  

L

σ A

  se denomina conductancia  del   del material conductor y su valor recíproco resisL tencia eléctrica   R. Cuanto mayor es la conductancia, tanto mayor es la intensidad de la corriente para una diferencia de potencial dada. El factor

Finalmente, se puede escribir la relación anterior como:

Vab  Ri  y que se conoce como ley de Ohm . Los materiales para los cuales Vab es una función lineal de la corriente i, se denominan conductores lineales o conductores ohmicos, cuya gráfica resulta ser una línea recta.

En caso contrario se habla de conductores no lineales o -conductores no-óhmicos, y la gráfica respectiva es una curva.

Leyes de Kirchhoff .

Las ecuaciones fundamentales para analizar los circuitos eléctricos se obtienen a partir de las leyes de Kirchhoff:

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  La primera ley se basa en la ley de conservación de la carga eléctrica, y establece que: "la suma de la corrientes en todo nudo eléctrico de la red eléctrica debe ser siempre igual a cero":

∑ i j

  0 

(Primera ley de Kirchhoff ))..

 j

La segunda se basa en la conservación de la energía, y establece que: " la suma de volta jes en cualquier entorno entorno conductor ce cerrado rrado de la red red eléctrica, debe ser siempre igual a cero"; matemáticamente:

Vi i

0

 

∑  ε i i

 

∑ R  j i j  

(Segunda ley de Kirchhoff )

j

MATERIALES.                 

Una batería. Voltímetro. Amperímetro. Potenciómetro de 25 Ω. Sistema de ampolleta y diodo semiconductor. Caja de resistencia eléctricas(x10, x100) Circuito puente de resistencias. Cables Computador PC, interfase y sonda de voltaje.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.A.Arme el circuito de la figura, en el cual la caja designada por R representa, sucesivamente, a: a)  Una resistencia. b)  Una ampolleta. c)  Un diodo semiconductor.

A1. Resistencia eléctrica.  

Use una resistencia de carga con un valor de 200 Ω.   Verifique que los valores de corriente no sobrepasen el valor máximo de escala del amperímetro.

3

 

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Variando el cursor del potenciómetro, obtenga obtenga una tabla de valores de voltaje y corriente en la resistencia. En caso de usar el PC para medir los voltajes, ingrese los respectivos valores de corrientes, medidas con un amperímetro, amperímetro, por teclado.   Haga un gráfico "voltaje " voltaje - corriente", e interprete el resultado. A2 Ampolleta.  

Reemplace la resistencia por una ampolleta en el circuito anterior. procesamiento de datos del punto A1.   Repita el procedimiento para la adquisición y procesamiento A3 Diodo.  

Cambie la ampolleta por un diodo semiconductor.   Verifique que el diodo esté conectado correctamente en su modo de conducción.   Repita el procedimiento para la adquisición y procesamiento procesamiento de datos del punto A1.

B.1)  Arme el circuito tipo puente de Wheatstone con resistencias y la batería. 2)  Mida todos los voltajes en el circuito. Compruebe la ley de Kirchhoff de las mallas. 3)  Mida todas corrientes de rama en el circuito propuesto. Verifique la ley de Kirchhoff de los nudos eléctricos.

C.1)  Desconecte la batería, y mida la l a resistencia equivalente del circuito puente conectando el ohmetro en los terminales A-C. 2)  Mida la resistencia equivalente conectándose en los terminales B-D, A-B, u otro par de terminales. ¿Espera obtener el mismo valor de resistencia equivalent equivalentee para todos los casos? Fundamente.

CUESTIONARIO.1.  2.  3.  4. 

¿Qué es una fem? ¿Cómo se define la unidad de medida: Ampère? En un circuito eléctrico, ¿Qué es una conexión en serie? ¿Qué es una conexión en paralelo? Enuncie y explique cada una de las leyes de Kirchhoff.

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5.  ¿La expresión i 

V

corresponde a la ley de Ohm generalizada? Justifique. R 6.  ¿Qué es la conductividad y cómo está relacionada con la resistencia?

7. ¿A qué se le llama elemento óhmico? 8.   ¿Por qué se calienta un conductor al paso de una corriente considerable? Explique. 9.  ¿Qué es un semiconductor? 10.  Enuncie la ley de Joule.

PAUTA INFORME EXP. Nº 3 LEY DE OHM Y LEYES DE KIRCHHOFF. Anote los objetivos específicos de esta experiencia. Actividad A.1.  Tablas de datos y gráficos para cada uno de las situaciones experimentales experimentales.. 2.  A partir de los gráficos, encuentre la relación funcional que existe entre voltaje y corriente. 3.  Indique, fundadamente, fundadamente, si el elemento respectivo cumple cumple con la ley de Ohm. 4.  Compare los resultados experimentales para la ampolleta y el diodo, con los respaldos teóricos existentes para estos elementos. Explique. 5.  Conclusiones generales de la experiencia. Actividad B.1.  Indique los nudos y mallas existentes en el circuito, y anote las ecuaciones que allí se cumplen. 2.  Verifique el cumplimiento de las leyes de Kirchhoff. 3.  Indique posibilidades de aplicación del puente de Wheatstone. 4.  Conclusiones generales. Actividad C.Explique los resultados obtenidos en la medición de la resistencia equivalente.

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