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Trabajo Práctico de Laboratorio N° Circuitos Eléctricos - Ley de Ohm 2 OBJETIVO Realizar la comprobación experimental de la ley de Ohm. SINTESIS Realizar la comprobación experimental de la Ley de Ohm mediante esquemas prácticos utilizando el multímetro para la medición de tensiones, corrientes y resistencias en circuitos eléctricos confeccionados en Protoboard. INTRODUCCION TEÓRICA La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial (Tensión) aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación: I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω). Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se suele utilizar utiliza el siguiente triángulo: Triángulo de la ley de Ohm V=IxR I=V/R R=V/I RESISTIVIDAD (RESISTENCIA ELECTRICA) Todas las sustancias se oponen en mayor o menor grado al paso de la corriente eléctrica, esta oposición es a la que llamamos Resistencia Eléctrica. Los materiales buenos conductores de la electricidad tienen una resistencia eléctrica muy baja, los aisladores tienen una resistencia muy alta. Se le llama resistividad al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos. Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la resistividad de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura. Las resistencias, dentro de un circuito, pueden estar ubicadas en SERIE o en PARALELO. Para ello, utilizaremos diferentes fórmulas, a saber: Resistencias en Serie Rs=Resistencia Equivalente en SERIE Ejemplo con 2 Resistencias Resistencias en Paralelo Rp=Resistencia Equivalente en PARALELO Ejemplo con 2 Resistencias En el caso de tener dos y sólo dos Resistencias conectadas en paralelo, podemos utilizar la siguiente fórmula: VINCULACIÓN DE CONCEPTOS – Analogía con el Flujo de Agua Para despejar dudas acerca de los conceptos de Corriente, Tensión y Resistencia, suele utilizarse una analogía relativa al flujo de agua por una cañería. Entender correctamente esta analogía, nos ayudará a apreciar la corriente, el voltaje (o tensión) y la resistencia en el contexto de la Ley de Ohm. Afortunadamente, entender la ley de Ohm es aún más fácil que el agua, debido a que la ley de Ohm es linear mientras las leyes que gobiernan el agua, no lo son. Al imaginarse el agua fluyendo desde una torre de agua hacia algún destino, es claro que el peso del agua en la parte superior de la torre empuja toda el agua a través de la tubería a sus diferentes destinos. En este ejemplo, el agua no puede circular igual de rápido a través de todas las tuberías. Algunas son realmente escamosas, otras suben y bajan montañas, algunas están llenas de barro. Si se desprecian las causas de la resistencia en las tuberías, uno puede imaginar que entre más se empuje el agua a través de ellas más rápido va a fluir el agua a través de ellas. El Voltaje (Tensión), denotado con la letra V (y algunas vece "E", representando la fuerza electromotriz), es el empuje de electrones a través del cable o alambre, y es medido en Voltios. Cuando el voltaje es aplicado a un alambre sería poco inteligente tocarlo, pero sin voltaje el alambre sería inofensivo. En la analogía del flujo del agua, el voltaje es análogo al peso del agua en la torre que empuja el agua a través de todas las tuberías. La Corriente, expresada con la letra I, es el flujo de los electrones a través de un alambre, es medida en Amperios, que se abrevia con la letra A. La corriente es causada por el voltaje y no debe confundirse con el voltaje. Cuando se hacen cálculos con la Ley de Ohm la causa-efecto entre el voltaje no es tan notoria, pero al recordar lo básico de esta relación "causa efecto" evitará este tipo de confusiones. En la analogía del flujo de agua, la corriente es el movimiento de agua. El flujo de agua puede ser expresado como un volumen de agua movido en un tiempo dado. De la misma manera, la medida de corriente puede ser definido en términos de electrones movidos en un tiempo dado. La resistencia, expresada con la letra R, disminuye o resiste el flujo de electrones en el alambre, y es medido en Ohmios, expresada con la letra griega omega (Ω). En el ejemplo del agua que fluye por las tuberías, la resistencia es causada por las restricciones de las tuberías, colinas y la materia barrosa que no se ve. PREMISAS 1. Seleccione tres resistencias de tal forma que sus valores no difieran entre sí más que en un factor 10. 2. Arme los circuitos de las figuras 1,2 y 3. Calcule y mida la resistencia total de cada uno. Compare ambos valores (el calculado y el medido) para los tres circuitos. 3. Determine el valor máximo de tensión a aplicar de tal forma que la intensidad máxima que circule por cualquier punto de cualquier circuito no supere los 80mA. 4. Aplique esta tensión y luego 5 ó 6 valores intermedios hasta 0. Mida las intensidades de corriente en cada caso. 5. Organice los resultados en tablas y trace las curvas I vs. V para cada circuito Circuito N°1 Circuito N°2 Circuito N°3 ELEMENTOS UTILIZADOS 1 Multímetro 1 Protoboard 1 Fuente de corriente continua 3 Resistencias: o 1 de 15 o 1 de 100 o 1 de 1,2 K PRÁCTICAS CIRCUITO N°1 Tres resistencias en serie Resistencia Total Calculada: 1315 Resistencia Total Medida: 1292 Tensión máximo a aplicar con Intensidad máxima de 80mA = 103,36V Valores Intermedios y Gráfica Resultante Tensión (en Voltios) Intensid ad (en mA) 5,1 9,8 10 15 20 25 27,7 4,1 7,8 7,9 11,9 15,8 19,9 22,1 CIRCUITO N°2 Un par de resistencias en Paralelo conectadas en serie con una tercera resistencia. R1= 100 R2=1,2K R3=15 Resistencia Total Calculada: 114,81 Resistencia Total Medida: 116,7 Tensión máximo a aplicar con Intensidad máxima de 80mA = 9,336V Valores Intermedios y Gráfica Resultante Tensión (en Voltios) Intensid ad (en mA) 1 2,5 4 5 7 9 8,8 20,3 33,7 42,3 59,2 76,5 CIRCUITO N°3 Un par de resistencias conectadas en serie con una tercera resistencia conectada en paralelo a ellas R1= 100 R2=1,2K R3=15 Resistencia Total Calculada: 14,82 14,82 Resistencia Total Medida: 17,2 Tensión máximo a aplicar con Intensidad máxima de 80mA = 1,376V Valores Intermedios y Gráfica Resultante Intensid ad (en mA) 1,3 1,2 1,1 0,5 64 59 54 27 67 6 Intens idad de C orriente en miliamperes (mA ) Tensión (en Voltios) 59 57 54 47 37 27 27 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 T ensión en V oltios (V ) CONCLUSIONES Lo primero que puede observarse, es la diferencia que se encuentra entre los valores de resistencias obtenidos a partir de sus códigos de colores y los valores medidos a través del multímetro. Esta diferencia se debe a la tolerancia de cada una de las resistencias. En nuestro caso, las tres resistencias utilizadas contaban con una tolerancia del 5%. Observando los gráficos comprobamos la relación lineal entre la variación de tensión y corriente. Es decir, a medida que se aplica mayor voltaje, aumenta la corriente total en forma proporcional. Los valores de tensión y corriente esperados a partir de lo calculado, varían sutilmente de los obtenidos en la práctica. Esto se debe a la variación entre los valores teóricos y reales de las resistencias. A pesar de utilizar en los tres casos las mismas resistencias, notamos que para poder generar una corriente de 80mA era necesario aplicar distintos valores de tensión a cada uno de los circuitos. 1,2 Esta diferencia se debe a que en los tres casos se obtienen valores de resistencia total de circuito muy diferentes, lo cual depende del conexionado de los mismos. En caso de que se intercambien los resistores dentro de un mismo circuito, se obtienen resultados diferentes, a saber: Circuito 1: El valor de resistencia total se obtiene de una sumatoria de las resistencias componentes. Por ello el valor resultante, al cambiar la ubicación de cualquiera de ellas, será siempre el mismo. Circuito 2: El valor variará solo en el caso en que R1 intercambie ubicaciones con R2 o con R3. Esto se debe a que R2 y R3 forman un circuito paralelo, al cambiar uno de sus componentes la resistencia resultante también cambiará y por consiguiente, al calcular nuevamente la resistencia total, obtendremos un valor diferente al original. Circuito 3: El valor de resistencia total del circuito variará solo si R3 cambia su posición. Esto se debe a que R1 y R2 se encuentran conectadas en serie. Al variar su ubicación dentro del conexionado serie, no se obtendrá un cambio de valores. En cambio, si se moviera R3, esto afectaría tanto los valores del circuito serie como del paralelo. BIBLIOGRAFIA http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm http://www.unicrom.com/Tut_leyohm.asp http://es.wikiversity.org/wiki/Ley_de_Ohm http://es.wikipedia.org/wiki/Resistividad