Informe N 1 Pndulo fsico y teorema de Steiner
Informe N2 Osciloscopio como instrumento de medida15UNIVERSIDAD
NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y TEXTIL
REA ACADMICA DE CIENCIAS BSICASINFORME N 03CURVAS CARCTERSTICAS
VOLTAJE - CORRIENTELABORATORIO DE FSICA IIIFI 403A Realizado por:
DOLORES MALDONADO YNDIRA Espinoza Aguado Mauro Alejandro VILLALVA
CAAvI CLENY
Profesor responsable de la prctica: PROFESOR: I.ALTUNA PROFESOR:
R. REYES
NDICE:
INTRODUCCIN
OBJETIVOS
FUNDAMENTO TERICO
EQUIPO Y MATERIALES
PROCEDIMIENTO
CALCULOS Y RESULTADOS
OBSERVACIONES
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFA
INTRODUCCIN
Estudiamos la caracterstica voltaje corriente (curva V vs I) de
un foco, resistencia y diodo, para distintos casos. Investigamos la
dependencia de la corriente I que pasa por estos materiales con la
tensin V aplicada a la misma, que resulto ser lineal en uno de
ellos, verificndose a Ley de Ohm: V = IR. Buscamos la mejor forma
de obtener el valor de la resistencia.El objetivo es el de realizar
mediciones de voltaje y corriente a travs de distintos tipos de
materiales, y obtener curvas caractersticas I vs. V. De aqu,
estudiar el tipo de relacin entre I y V mediante esto comprobar la
ley de Ohm.A la ecuacin V = IR se le suele llamar Ley de Ohm, pero
es importante entender que el contenido real de la ley de Ohm es la
proporcionalidad directa (para algunos materiales)La ecuacin define
la resistencia R de cualquier conductor independientemente de que
obedezca o no la ley de Ohm, pero solo cuando R es constante se
puede llamar apropiadamente esta relacin de Ley de Ohm.
Curvas caractersticas voltaje - corriente
a. Objetivos:
Obtener las graficas corriente voltaje I vs V de elementos
resistivos y estudiar sus caractersticas. Comprobar, demostrar
experimentalmente la ley de ohm, en los elementos foco, resistencia
y diodo.
b. Fundamento Terico:Voltaje o Diferencial de potencialEl
voltaje, tensin o diferencia de potencial es la presin que ejerce
una fuente de suministro de energa elctrica o fuerza electromotriz
(FEM) sobre las cargas elctricas o electrones en un circuito
elctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente
elctrica. A mayor diferencia de potencial o presin que ejerza una
fuente de FEM sobre las cargas elctricas o electrones contenidos en
un conductor, mayor ser el voltaje o tensin existente en el
circuito al que corresponda ese conductor. La diferencia de
potencial entre dos puntos de una fuente de FEM se manifiesta como
la acumulacin de< cargas elctricas negativas (iones negativos o
aniones), con exceso de electrones en el polo negativo () < y la
acumulacin de cargas elctricas positivas (iones positivos o
cationes), con defecto de electrones< en el polo positivo (+) de
la propia fuente de FEM.
Diferencial de potencial
Voltaje eficazLa tensin eficaz ovalor eficazde la tensin es el
valor medido por la mayora de los voltmetros decorriente alterna.
Equivale a una tensin constante que, aplicada sobre una
mismaresistencia elctrica, consume la misma potencia elctrica,
transformando laenerga elctricaenenerga trmicapor efecto Joule.La
energa consumida en un periodo de tiempoTpor una resistencia
elctrica es igual a
DondeWes la energa consumida,Pes la potencia,Tes el periodo de
tiempo,Iefes laintensidad elctrica,Vefes la tensin eficaz yV(t)es
el valor instantneo de la tensin en funcin del tiempot. Despejando
la tensin eficaz se obtiene lamedia cuadrticade la tensin:
Resistencia:Es la seal de la oposicin que encuentra el flujo de
electrones en su intento de pasar por el conductor. Los materiales
que conducen la electricidad se pueden clasificar en buenos
conductores (ofrecen poca resistencia) y en malos conductores
(ofrecen gran resistencia). Para cualquier alambre la resistencia R
(medida de Ohmios) est relacionada con la longitud L y el rea se
seccin trasversal A por la ecuacin.
Restato:Es un resistor de resistencia variable. Es por tanto un
tipo constructivo concreto de potencimetro (resistencia variable)
que recibe comnmente este nombre en vez del de potencimetro al
tratarse de un dispositivo capaz de soportar tensiones y corrientes
muchsimo mayores, y de disipar potencias muy grandes.Los restatos
(ver figura 4.) son usados en ingeniera elctrica en tareas tales
como el arranque de motores o cualquier tipo de tarea que requiera
variacin de resistencia en condiciones de elevada tensin o
corriente.
Ley de OhmLa ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de
un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con
la diferencia de potencial entre sus extremos. En el grfico vemos
un circuito con una resistencia y una pila. Observamos un
ampermetro que nos medir la intensidad de corriente, I. El voltaje
que proporciona la pila V, expresado en voltios, esta intensidad de
corriente, medido en amperios, y el valor de la resistencia en
ohmios, se relacionan por la ley de Ohm, que aparece en el centro
del circuito. La ley de ohm est dada por la siguiente frmula:
Aplicacin de la Ley de Ohm
c. Equipos y Materiales:
Una fuente de corriente continua (6V). Un restato para
utilizarlo como potencimetro Un ampermetro de 0 1A Un voltmetro de
0 -10V Una caja con tres elementos y dos resistencias de valores
datos Ocho cables Dos hojas de papel milimetrado Un transformador
220/6V, 60Hz
Fuente de corrienteAmpermetro 0-1 A
RestatoCaja con elementos
Aplicacin de la Ley de Ohm
d. Procedimiento:
Se identific todos los elementos de la caja. Se armo el circuito
como se muestra en la figura. Conectamos entre A y V de la figura
el elemento E, colocando la fuente. Se midi la corriente I y el
voltaje V para distintos valores de I y de V Repetimos lo dicho
anteriormente parea E1 E2 y el diodo, en este caso se verifico si
la polaridad del diodo era correcta antes de empezar la medicin
Usando el transformador de 200/6V de AC, se realizo la conexin del
circuito que se muestra en la figura. Montamos el circuito de la
figura para graficar I vs V para E3 en el osciloscopio. Se conect
el circuito para graficar I vs V para el diodo.
e. Clculos y Resultados:1. Grafique I = f (V) con los valores
obtenidos en los pasos 4, 5, 6 y 7.
Elemento: Foco
Voltaje (V)Corriente (A)
0,00
1.00.11
2.00.15
2.50.16
3.00.17
3.50.19
4.00.20
4.50.21
5.00.23
6.00.25
I = -0.005V2 + 0.068V + 0.020
Elemento: Resistencia
Voltaje (V)Corriente (A)
0,00.0
1.00.01
2.00.02
2.50.02
3.00.03
3.50.03
4.00.04
4.50.04
5.00.05
6.00.06
I = 0.0098V - 0.001
Elemento: Diodo
Voltaje (V)Corriente (A)
0,6250.01
0.6250.02
0.6500.04
0.6750.06
0.7000.08
0.7120.10
0.7500.20
1.8750.30
1.1150.60
1.1750.90
y = 0.0006e6.4453x
2. En cul de los elementos se cumple la ley de Ohm y en cules
no? Explique su respuesta.
Primeramente, definimos un material hmico como aquel material
conductor que al graficar la intensidad de corriente en funcin del
potencial la curva obtenida ser una recta que cruza el origen de
coordenadas cuya pendiente indica la inversa de la resistencia
constante.2.1. FOCO.En este elemento al hallar la grfica de la
intensidad en funcin del potencial, la grfica obtenida es una curva
cuadrtica lo cual indica que la resistencia en cada punto es
distinta y dependiente de la intensidad de corriente y por tanto un
material no hmico.2.2. DIODO.El DIODO es un material semiconductor
tipo N(electrones en exceso), este elemento al hallar la curva de
la intensidad en funcin del potencial, la grfica obtenida es
exponencial lo cual indica que la resistencia es variable y
dependiente de la intensidad de corriente y por tanto un material
no hmico para ciertos valores de voltaje en los que el DIODO sigue
siendo semiconductor.2.3. RESISTENCIA Este elemento es el nico que
cumple la ley de ohm, pues tal como indica su valor nominal, segn
su cdigo de colores (marrn- negro- marrn- dorado) su valor es nico
(igual a 100 ) e independiente de la intensidad, tambin lo podemos
corroborar con la grfica de I vs V, pues es una lnea recta que
aproximadamente cruza el origen cuya pendiente es 102,04.
3. Para una diferencia de 0.8 voltios, halle las resistencias de
los tres elementos.
Para el elemento foco de la ecuacin obtenida del grafico se
obtiene :I = -0.005x + 0.068xV+ 0.020I = -0.005x + 0.068x0.8+
0.020I = 0.0712ADe la Ley de Ohm: V = IxR 0.8 = 0.0712Xr
R= 11.29 Para el elemento resistencia de la ecuacin obtenida del
grafico se obtiene:I = 0.0098xV 0.001I= 0.0098x0.8 0.001I =
6.84xADe la Ley de Ohm: V = IxR 0.8 = 6.84xxR
R = 116.95
Para el elemento diodo de la ecuacin obtenida el grafico se
obtiene:I = 0.0006I= 0.0006I= 0.104ADe la Ley de Ohm: V =IxR 0.8
=0.104xR
R= 7.69
4. En los casos en que la curva I vs. V obtenida en el
osciloscopio sea una recta determine la pendiente de la recta y por
lo tanto la resistencia del elemento. Compare con los valores
obtenidos manualmente usando voltmetro y ampermetro.
El nico caso en el cual la curva I vs. V result una recta es en
la curva de la resistencia, la cual se obtuvo manualmente con los
datos registrados por el voltmetro y ampermetro.
La ecuacin de la recta es I = 0.009v - 0.001 Ya que como vemos,
el voltaje depende linealmente de la corriente que pasa por este
elemento, es decir, el grafico de de V vs I es una lnea recta (casi
perfecta) con una pendiente positiva.Despreciando el trmino
independiente 0.001 por ser casi cero obtenemos una recta que pasa
por el origen I=0.0098, cuya pendiente nos da (I/R) ya que:
R = V / I I = (1/R) V R = 102.04
R = 102.04
RESISTENCIA DE VALOR NOMINAL DE 100 Valores obtenidos
manualmente
Resistencia segn la grfica (pendiente)Voltaje aplicado (en
Voltios)Corriente medida (en Amperios)Resistencia por Ley de Ohm
(en Ohmios)
102,04 .1,00,01100
2,00,02100
2,50,02125
3,00,03100
3,50,03116,67
4,00,04100
4,50,04112,5
5,00,05100
6,00,06100
Porcentaje de error encontrado en el clculo de la
resistencia.%error=%error=
5. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje crtico
a partir del cual comienza a conducir. Cul es ese valor?
PARA EL DIODO:
I = 0.000e6.445V
El voltaje critico estar entre [0.3, 0.6] VoltEste voltaje ser
de 0.45 Voltios V = 0.45 Volt
f. Observaciones, conclusiones y comentarios
Para medir la corriente que circula por los materiales (foco,
resistencia y diodo) utilizados en el experimento se uso un restato
utilizado como potencimetro. Cuando se subi el voltaje de la fuente
de corriente continua, notamos que la luz del foquito resulto ms
intensa (ms brillante) esto se debe a que al aumentar el voltaje,
estamos tambin aumentando la intensidad de corriente. Segn los
datos obtenidos y comprobados grficamente solo la resistencia es un
material hmico. El material que cumple con la ley de Ohm posee una
resistencia de 100 . Cuando realizamos las medidas del elemento
resistencia cuando aumentamos el voltaje en alguna de las
variaciones de voltaje se mantena constante la corriente, eso es
debido a que los instrumentos no estn en buenas condiciones ya que
si variamos el voltaje debera de variar la intensidad. Para
determinar el voltaje en el diodo se uso una escala de 1.5, para
diferenciar mejor los voltajes medidos. Cuando se trabajo con el
diodo observamos que el voltaje suministrado fue pequeo (6voltios),
para evitar el calentamiento innecesario del restato. Cuando
aumentamos la escala en la fuente el restato se calentaba Segn
nuestras grficas, se concluye que existen dos elementos no hmicos
que son el diodo y el foco y un elemento hmico que es la
resistencia, esto se da cuenta debido a la forma que adquieren las
grficas ( diodo-exponencial, foco-cuadrtica, resistencia-lineal).
Pero el hecho de que un material no sea hmico no indica que no se
cumpla la relacin general para calcular la resistencia en cada
punto , por lo que podemos hallar mediante esta relacin la
resistencia en cada punto y observar como vara esta.
g. Recomendaciones:
Los equipos deben estar en buen estado y debidamente calibrada.
Como por ejemplo el ampermetro, en nuestra experiencia al aplicar
voltajes diferentes indica la misma intensidad. Si no pasa
corriente y solo marca voltaje se recomienda invertir la polaridad.
En el caso del diodo conectar correctamente pues si no es as, no
habr fluido de corriente en ella.
BIBLIOGRAFA
Fsica universitaria vol. 2 Sears, Zemansky, Young fredman un
decima edicin, corriente.
Frish Timoreva editorial MIR.
Halliday/Resnick - Fsica, tomo II, pp. 125,126. 2006