EXPERIMENTO LEYES DE OHM Y JOULE

Práctica 8.[pic 1]

C.E.C.y.T.        CUAUHTEMOC ACADEMIA DE FÍSICA LABORATORIO DE FÍSICA III.

2021

I.-NOMBRE:  LEYES DE OHM Y JOULE.

II.-OBJETIVOS:

Durante el desarrollo de la práctica el alumno:

1. Reproducirá los fenómenos físicos relativos a la práctica.
2. Graficará la variación de la corriente con la tensión y comparará la pendiente de la curva resultante con el valor de la resistencia.
3. Usando la ley de Ohm en un circuito eléctrico elemental, calculará una corriente y en el otro un voltaje.
4. Comprobará, mediante la medición de la variación de temperatura, que el calor producido en un conductor con corriente eléctrica, es proporcional al tiempo que circula la corriente  y al cuadrado de esta última.

III.-CONSIDERACIONES TEÓRICAS.

Si en los extremos de un conductor aplicamos diferencias de potencial: V1,V2, V3, etc, comprobaremos que para cada “Voltaje” aplicado corresponden intensidades de corriente: I1, I2, I3, etc.

Si hacemos una grafica con los valores de tensión sobre el eje “Y” y los de corriente, sobre el eje “X”, obtendremos una línea recta; esto muestra que la razón V/I es una constante, llamada resistencia del conductor.

Si se invierte la polaridad de la tensión, se invierte el sentido de la intensidad de la corriente; pero la razón V/I sigue siendo una constante.

Esto es un resultado importante, valido solo para conductores eléctricos, este descubrimiento lo realizo el físico George Simón Ohm y se le denomina “Ley de Ohm”. LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DE UN CONDUCTOR se define como la oposición que presenta dicho conductor al paso de la intensidad de corriente eléctrica, cuando en sus extremos es aplicada una diferencia de potencial; matemáticamente se expresa por:

R = V        1[pic 2]

I

Siendo V, la diferencia de potencial en Volts; I, la intensidad de corriente eléctrica en Amperes y R, la resistencia eléctricas en Ohm, la que se enuncia como sigue:

“La intensidad de corriente eléctrica, entre dos puntos de un circuito eléctrico, es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicado e inversamente a la resistencia entre los mismos”. Matemáticamente:

I = V        2[pic 3]

R

La energía eléctrica que consume cualquier aparato que funcione con electricidad se transforma en otras formas de energía, por ejemplo: La energía consumida por un radio es transformada en parte en energía acústica y parte en calor. La energía eléctrica

consumida por una plancha es transformada en calor. La energía eléctrica consumida por un motor se transforma en energía mecánica y calor, etc.

CALOR, es una forma de energía presente, cuando entre dos puntos existe un gradiente de temperatura.

Cuando circula corriente por un conductor, este eleva su temperatura. La elevación de temperatura dependerá directamente de la intensidad de corriente que pase por el conductor, a mayor corriente mayor temperatura. Sabemos que la elevación de temperatura es ocasionada por el trabajo de llevar las cargas eléctricas de un punto a otro del mismo conductor a través de la resistencia que presenta el mismo. Este trabajo W se puede calcular como sigue.

W = Vq        3

En la que V es la diferencia de potencial entre dos puntos del conductor, a lo largo del cual se va a mover la carga q. Sabemos que despejando de la definición de corriente eléctrica a q.

q = It        4

Donde I es la intensidad de corriente, q es la carga eléctrica y t el tiempo en que pasa la carga de un punto a otro. De modo que sustituyendo 4 en 3, tenemos:

Sabemos también que

W = VIt        5

V = RI        6

Donde R es la resistencia entre los puntos del conductor. De modo que sustituyendo 6 en 5, tenemos:

W = RI2t        7

James Prescot Joule, en 1840, experimentalmente descubrió que todo trabajo mecánico efectuado podría producir calor y que la relación entre estos dos conceptos era el equivalente mecánico de calor, expresado como sigue:

Eq.Mec.Calor(J) = 0.239[pic 4]

Calorías = 0.239 Cal

1 juole        j[pic 5]

Por lo que al trasformar el trabajo a calor Q, tenemos:

Qcedido(resistencia) = Qganado(agua)

Q        = J W =        J        R I2 t        8

(Cal)

(Cal / J) (Ω) (A) (s)

Q = (0.239 Cal)RI2t        9[pic 6]

j

En esta ecuación notamos que el calor presente en el fenómeno será proporcional a la resistencia del conductor, al cuadrado de la magnitud de la corriente que circule por él y al tiempo que circule la corriente, de modo que la ley de Joule se pueda enunciar como:

LA CANTIDAD DE CALOR DESPRENDIDO EN UN CONDUCTOR ES PROPORCIONAL AL PRODUCTO DE SU RESISTENCIA, POR EL CUADRADO DE LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE Y POR EL TIEMPO EN QUE CIRCULA ESTA.

Aunque, el descubrimiento hecho por Joule no fue hecho con cantidades eléctricas se puede aplicar a estas en igual forma que las mecánicas.

1. EQUIPO Y MATERIAL EMPLEADOS.

1. Una fuente de potencial de 12V y 2 A
2. Un amperímetro de C.D. de 0-5 A.
3. Un voltímetro de C.D. de 0-10 V.
4. Un vaso de precipitados de 100 ml v.        100x10-6 m3 de agua ( 100 ml)

1. Un termómetro
2. Un cronómetro
3. Un resistor de 6 Ω
4. Un reóstato aproximadamente de100 Ω ó 330 Ω.
5. Cables para conexión
6. Una tabla de conductores de 1 m de longitud.

1. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

EXPERIMENTO 1. GRAFICA V vs. I DE UN CONDUCTOR. Arme el

circuito de la figura 1. Verifique que el contacto deslizable del reóstato este en posición de resistencia máxima, la fuente apagada y entre los puntos “A” y “B” conectando el conductor “E” de la tabla de conductores.

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