Demostración practica de la ley de Ohm

Demostración práctica de la ley de Ohm

Andrés Felipe Ortega Fernández, Camilo Andrés Chaparro Silva,

Juan Sebastián Montoya Cómbita, Sergio Camilo Reina

Universidad Nacional de Colombia Sede de Bogotá

23 de mayo de 2019

Resumen— Este informe de laboratorio presenta los lineamientos generales para entender y comprender la ley de Ohm, mediante el estudio del comportamiento de los resistores. Para esta práctica se utiliza el circuito propuesto por la guia de laboratorio variando la salida del voltaje para cada una de las resistencias conectadas en serie y en paralelo, y así poder comprobar experimentalmente la ley de Ohm y del mismo modo iniciar y comprender el buen  uso del código de colores para resistencias comerciales.  

Palabras clave—Ley de Ohm, resistencia, corriente, voltaje, código de colores.

I. Introducción

Todo circuito eléctrico requiere de una fuente de voltaje para su correcto funcionamiento y así mismo la corriente que fluye por este circuito sigue varias leyes definidas. La primera ley básica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así “llamada en honor a Georg Simon Ohm, como resultado de su investigación, en la que experimentaba con materiales conductores. Llegó a determinar que la relación entre voltaje y corriente era constante y nombró a esta constante resistencia” [1].  Estos circuitos pueden ser de diferentes maneras: serie, paralelo y mixto. La intensidad de la corriente y la caída de tensión varían de acuerdo al punto que se mida. De este modo, podemos obtener cálculos y tomar medidas con la ley de Ohm para así comprobar los resultados obtenidos y realizar un análisis crítico del comportamientos de los resistores.

Objetivos:

1. Comprobar experimentalmente la ley de Ohm.
2. Comprender el código de colores para resistencias comerciales.

En este laboratorio se quiere determinar el valor de cuatro resistencias a partir del código de colores y mediante el uso del multimetro para así comparar el valor indicado por el código de colores, luego se mide la resistencia de las franjas dibujadas previamente con grafito y por último se monta un circuito en paralelo para medir la corriente y así poder utilizar la ley de Ohm, que establece una relación directamente proporcional entre la intensidad de la corriente  y la diferencia de potencial y es inversamente proporcional a la resistencia.  

II. Marco Teórico

Una corriente eléctrica es un movimiento de cargas que puede ser producido de diferentes maneras, por ejemplo, un campo eléctrico E genera una corriente eléctrica en su propio sentido (movimiento de cargas positivas en el sentido del campo y cargas negativas en sentido contrario). En algunos materiales cuya estructura sea uniforme, es decir, que no hay preferencia de movimiento para alguna dirección dentro del material, se sabe que la densidad de corriente eléctrica J, en función de un campo eléctrico E que produce esta corriente está dada por:

     [1][pic 1]

Donde σ es una magnitud escalar llamada conductividad cuyo valor es muy alto para conductores metálicos y muy pequeño para aislantes. La ecuación presentada es la forma más general de lo que conocemos como la Ley de Ohm, sin embargo a nivel microscópico la ley de Ohm puede ser expresada por:

     [2][pic 2]

Donde V es la diferencia de potencial producida en el material debido al campo eléctrico, I es la corriente eléctrica que fluye por el material y R es la magnitud escalar conocida como resistencias del material. En todos los materiales la resistencia R es inversamente proporcional a la conductividad σ por lo que la resistencia tiene un valor muy bajo para buenos conductores y un valor muy alto para aislantes. La resistencia de un material también depende de su geometría.

Código de Colores [3]

El código de colores es utilizado para indicar los valores de los diferentes componentes electrónicos. El código de colores es utilizado en resistencias, pero también se utiliza para otros componentes como condensadores, indicadores y diodos. En una resistencia comercial podemos ver cuatro franjas.

Fig 1. Diagrama del código de colores de las resistencias comerciales

Las dos primeras bandas de izquierda a derecha, indican las primeras cifras del valor de la resistencia, mientras la tercera franja (Multiplicador), indica por cuanto debe multiplicarse el valor leído. La última franja, más separada del resto indica el margen de error que garantiza el fabricante.

La resistencia de un material depende también de su geometría, en el caso de una varilla conductora, su resistencia es:

      [3][pic 3]

 donde L es el largo de la varilla y A el área transversal. La resistencia aumenta cuando aumenta el largo de la varilla y disminuye cuando aumenta el ancho de esta.

III. Procedimiento

Materiales:

• 4 Resistencias de diferente valor
• Fuente Voltímetro
• Multímetro
• Cables de Conexión
• 1 Hoja de papel

Parte I (Código de Colores)

1. A partir del código de colores, se determina el valor de la resistencia de diferentes resistencias, en este caso se comparan 4 resistencias.

Fig 2. Resistencias comerciales usadas para la medición.

2. Con un multímetro se mide el valor de cada una de las          resistencias y se compara con el valor indicado en el código de color.

Parte II (Resistencia en grafito)

1. Se imprimió una serie de líneas con diferentes tamaños.
2. Se mide con el multímetro la resistencia entre ellas.
3. Usando un lápiz en una hoja de papel Bond dibujamos varias franjas de distinto largo y distinto grosor.
4. Con el multímetro se mide la resistencia en cada una de las franjas de distinto largo que se dibujó previamente en el papel, la intención es encontrar la relación entre el largo de la franja con el valor de la resistencia.
5. Se realiza el paso anterior variando la medición sobre las franjas de distinto grosor y se busca hallar la relación entre el grosor de la franja con el valor de la resistencia.

Parte III (Ley de Ohm)

1. Se monta un circuito en donde se conecta en paralelo el elemento resistivo con una fuente de voltaje con voltímetro y se conecta un amperímetro en serie con el elemento resistivo.
2. Usamos las resistencias comerciales como elemento resistivo. (Resistencia de 808Ω y 8200Ω)
3. Con cada resistencia se varía el voltaje y mide la corriente que pasa por el circuito usando el amperímetro.
4. Con los datos obtenidos, se construye una tabla.
5. Se hace una grafica de Voltaje vs Corriente para cada resistencia.

Fig 3. Montaje del circuito propuesto en la guía.

IV. Análisis y Resultado

Parte I (Código de colores)

[pic 4]

Fig 4. Valores teóricos y experimentales de las resistencias.

Se observa que para el valor de cada una de las resistencias esperado mediante el código de color, su valor experimental (calculado con el instrumento de medición) es muy cercano y permanece dentro del rango establecido por la tolerancia de cada una de estas.

Parte II (Resistencia de un grafito)

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