TP Física Curvas Características

Introducción

        En este Trabajo Práctico nos proponemos caracterizar distintos componentes en un circuito de corriente continua mediante el análisis de sus curvas características, representadas por el gráfico de diferencia de potencial en función de la intensidad de corriente. Buscamos comprobar que en las curvas obtenidas se cumpla la Ley de Ohm (V=I.R). Esta se daría en una situación ideal, que proporcionaría un gráfico lineal de proporcionalidad directa, siendo la resistencia (R) la pendiente de la recta. La V es el voltaje (diferencia de energía potencial eléctrica) y la I la intensidad de corriente.

        También podemos definir los conceptos de diferencia de potencial como el impulso que una carga eléctrica (q) necesita para poder fluir dentro de un circuito eléctrico entre dos puntos A y B, generando una corriente eléctrica que cesará al obtener estos dos puntos el mismo potencial eléctrico. Por su parte, definimos a la intensidad de corriente como la cantidad de carga eléctrica (Q) que circula por un circuito en la unidad de tiempo (t).

Procedimiento experimental

        Con el fin de realizar el experimento, utilizaremos un circuito que armamos para el medir la diferencia de potencial y la intensidad de corriente sobre un componente eléctrico (Figura I). Este consta de una fuente de tensión continua (F) que sostiene una diferencia de potencial continua sin importar si se establece o no corriente en el circuito. Esta diferencia de potencial será de 6V. También forma parte un reóstato (una resistencia variable, RV) que se encuentra conectado en paralelo a la mencionada fuente; su función es variar la diferencia de potencial aplicada al elemento a estudiar mediante el movimiento de un cursor. Además, utilizamos distintos cables y conectores, necesarios para el armado del circuito (los conectores del reóstato que son del mismo color -verdes- representan salidas fijas, mientras que el rojo es la salida variable). Finalmente, completamos el circuito con dos instrumentos de medición (multímetros) que sirven para cuantificar magnitudes: uno mide la intensidad de corriente (amperímetro, A), mientras que el otro la diferencia de potencial (voltímetro, V). El amperímetro debe conectarse en serie para que pueda medir la intensidad de corriente correctamente, ya que si estuviera conectado en paralelo, la medición no sería precisa ya que la corriente variaría. Como éste ejerce una resistencia muy baja sobre el circuito, puede conectarse en serie sin modificar la intensidad de corriente que circula. Mide en miliampères (mA). Es importante no modificar su escala durante la medición. En cuanto al voltímetro, este debe conectarse en paralelo ya que sostiene la misma diferencia de potencial entre sus extremos, y su resistencia es muy grande, por lo que no deja pasar la corriente eléctrica, y si se conectara en serie afectaría la medición. Mide en Voltios y miliVoltios (V y mV). Podemos ir modificando la escala de éste a medida que tomamos mediciones, para encontrar la más adecuada para los valores que obtenemos.

Los componentes a analizar son tres: un resistor, una lamparilla (aproximadamente a la mitad del reóstato se enciende, necesitamos que la mitad de las mediciones sean con ésta apagada, y la mitad con ésta prendida) y un diodo.

[pic 1]
[pic 2]

        Para comenzar, efectuamos una medición con la fuente apagada. Luego, encendida ésta, colocamos el cursor del reóstato en la posición en la cual se da la mínima diferencia de potencial al componente en estudio. Vamos desplazando el mencionado cursor a lo largo de todo el reóstato, tomando diez mediciones de diferencia de potencial e intensidad de corriente entre los bornes del componente. Tomadas estas 10 mediciones (tienen que darse a lo largo de todo el reóstato, entre el principio y el final), invertimos la conexión de los cables sobre el elemento eléctrico y repetimos las mediciones, con el objetivo de comprobar si estos componentes son o no reversibles (es decir, que da lo mismo de qué lado midamos). A medida de que vamos viendo la diferencia de potencial y la intensidad de corriente en el amperímetro y en el voltímetro respectivamente, vamos volcando los datos en unas tablas. Tras realizar esto con los tres componentes, es decir, luego de haber realizado 63 mediciones, y con las tablas completas, nos proponemos realizar un gráfico de diferencia de potencial en función de la intensidad de corriente para cada elemento.

        En cuanto a las incertezas, consideramos la mínima unidad de los multímetros. Es importante aclarar que, a medida que llevábamos a cabo las mediciones de diferencia de potencial y ésta aumentaba mucho, debíamos ir modificando la escala del voltímetro. Por lo tanto, la incerteza que obtuvimos para la intensidad de corriente es de 0,1mA; mientras que para el voltaje varía según la escala que utilizamos para medir. Para las mediciones tomadas con la escala de 200mV, la incerteza es de 0,1mV; para las tomadas con la escala de 2000mV, la incerteza es de 1mV; y para las tomadas con la escala de 20V, la incerteza es de 10mV.

Resultados y análisis

Confeccionamos tres tablas en base a los resultados obtenidos, una para la lamparita, una para el resistor y otra para el diodo.

insertar tres tablas

Podemos observar que los valores correspondientes a la lamparita que a medida que el módulo de los valores de voltaje (ΔV) aumenta, también aumenta el módulo de los valores de intensidad de corriente (I). Obtuvimos valores para la intensidad de corriente tanto antes como después de invertir la conexión de los cables sobre el elemento eléctrico, por lo cual podemos concluir que la lamparita es un elemento reversible. Observamos, asimismo, que la lamparita se enciende cuando el módulo del voltaje es mayor a 529mV cuando los valores son positivos y mayor a 534mV cuando los valores son negativos, y el módulo de la intensidad es mayor a 40,8mA y 41,1mA respectivamente.

...