Facultad de Educación

Licenciatura en Ciencias Naturales: Física, Química y Biología

Electromagnetismo

Informe de Laboratorio No.2:

Ley de Ohm

Presentado por:

Brenda Dayhana Delgado Ruiz 20132120771Yuri Katherine Guevara Useche 20132122780 Yaritza Dayana Valencia Alvira 20141126303

Al Profesor Titular: MARIO ARTURO DUARTE RODRÍGUEZ

Neiva 11 de Julio de 2016

POLARIDAD EN LOS DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS Y LEY DE OHM

1. RESUMEN

Con ayuda del simulador Crocodrile Clips, se realizaron una serie de circuitos que nos permitieron obtener una mayor comprensión de lo enunciado por la ley de Ohm. En primer lugar, realizamos un circuito sencillo en el que se instaló un bombillo led, al tener la polaridad indicada, el bombillo se enciende, pero si se invierte la polaridad, éste no lo hace, debido a que en el led la corriente eléctrica solo fluye del ánodo al cátodo. Por otro lado al cambiar el bombillo led por un piloto axial, vemos que éste se enciende tanto con la polaridad indicada como invertida, debido a que contrario al led, el bombillo no requiere una polaridad definida.

Luego de esto se realizó otro circuito constituido por un interruptor, el amperímetro, el voltímetro y una resistencia con un valor fijo de 560Ω, al construir el circuito, se varió el valor de la fem de 2 voltios en 2, al finalizar y gracias a los datos obtenidos se concluyó que el voltaje que se aplica a una resistencia es directamente proporcional a la intensidad de corriente, por lo que si una varía, la otra lo hace en igual proporción.

Finalmente se construyó un circuito similar al anterior, pero manteniendo el valor de la fem constante y variando la resistencia, allí se pudo apreciar que la corriente es inversamente proporcional a la resistencia, por lo que una disminución en una de estas magnitudes provoca el aumento de la otra.

2. ORIENTACIÓN TEÓRICA

1. ¿Cuál es la función de un multímetro? ¿Cómo se conecta un amperímetro? ¿Cómo se conecta un voltímetro? Representar gráficamente.

El multímetro o polímetro es un instrumento que permite medir diferentes magnitudes eléctricas. Así, en general, todos los modelos permiten medir: Tensiones alternas y continuas, Corrientes alternas y continuas, resistencias y voltajes. (Lévy, 2008).

Un amperímetro se conecta en la escala en corriente continua (DCA), luego se introduce el Plug rojo en el conector para medición de corriente la cual mide una intensidad de hasta 10 A. Es importante tener en cuenta que no se debe utilizar este borne para otra medición. (Lévy, 2008).

Figura No.1. Conexión de un Amperímetro.

Un Voltímetro, se conecta en la escala de tensión para corriente continua (DCV), luego se introduce el Plug rojo en el conector para medición de voltaje, ya que el multímetro funciona como un voltímetro, éste puede medir voltajes de 1000, 200, 20 voltios y además 200 y 2000 milivoltios según las unidades que se necesiten. (Lévy, 2008).

Figura No.2. Conexión de un Voltímetro.

2. Defina fuente de voltaje, resistencia, conductor y led

Fuente de Voltaje: Es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.).

Resistencia: Son los componentes más comunes en los circuitos electrónicos y los de más bajo costo. Se fabrican aprovechando la propiedad que tiene todos los materiales de ofrecer cierto grado de oposición al paso de la corriente y se emplean para controlar el paso de ella en los circuitos electrónicos. (Lévy, 2008).

Las resistencias más usadas en electrónica son las de carbón debido a que este material posee una alta resistencia, lo que permite que sean físicamente pequeñas, pero que ofrezcan un alto grado de oposición al paso de la corriente.

Conductor: Un conductor eléctrico es un material por el que puede haber un flujo de cargas eléctricas, estas pueden fluir con facilidad y sin descomponerse químicamente.

Estas condiciones excluyen casos especiales en los que puede existir conducción eléctrica en medios que no suelen denominarse "materiales conductores", como el aire durante una tormenta y una sal en la electrólisis. Incluso a través del vacío de un acelerador de protones, hay una corriente eléctrica, pero el vacío no es un medio, por lo tanto, no puede ser un conductor. (Giordano.2006)

Led: es un componente electrónico cuya función principal es convertir la energía eléctrica en una fuente luminosa, la palabra led proviene del acrónimo ingles Light Emmiting Diode o diodo emisor de luz.

Específicamente un led corresponde a un tipo especial diodo el cual transforma la energía eléctrica en luz, su principio de funcionamiento se basa en la emisión de fotones (luz) cuando los electrones portadores de la electricidad atraviesan el diodo, dicho fenómeno se conoce como electroluminiscencia. (Lévy, 2008).

3. ¿Cómo se define intensidad de corriente eléctrica?

La corriente eléctrica es la circulación de cargas eléctricas en un circuito eléctrico. La intensidad de corriente eléctrica (I) es la cantidad de electricidad o carga eléctrica (Q) que circula por un circuito en la unidad de tiempo (t). Para denominar la Intensidad se utiliza la letra I y su unidad es el Amperio(A). (García.2015).

4. ¿Cuáles son los componentes del circuito eléctrico?

Un circuito eléctrico está formado por varios elementos conectados entre sí por donde circula la corriente eléctrica.

El generador produce la corriente eléctrica. Una pila, es un generador. El generador tiene dos polos o bornes. Por uno sale las cargas y por otro entra. De este modo se crea la corriente.

Los cables conduce la corriente eléctrica desde el generador hasta los demás elementos del circuito. Normalmente son de cobre y están cubiertos de plástico.

La bombilla o los componentes eléctricos u otros componentes transforma la corriente eléctrica que les llega en luz.

Los interruptores permiten controlar cuando circula la corriente y cuando no.

5. En qué consisten el código de colores de resistencias

Sobre los resistores se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final del resistor.

– Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor.

– La tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final del resistor.

– La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica su confiabilidad.

Tabla No. 1 Código de colores para determinar el valor de la resistencia.

6. ¿Qué es un protoboard y cuál es su estrctura?

Es una especie de tablero con orificios, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos, con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo. (Lévy,2008).

Estructura del protoboard: Básicamente un protoboard se divide en tres regiones:

Figura No 3. Estructura del Protoboard

A) Canal central: Es la región localizada en el medio del protoboard, se utiliza para colocar los circuitos integrados. (Lévy, 2008).

B) Buses: Los buses se localizan en ambos extremos del protoboard, se representan por las líneas rojas (buses positivos o de voltaje) y azules (buses negativos o de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no existe conexión física entre ellas. La fuente de poder generalmente se conecta aquí. (Lévy, 2008).

C) Pistas: La pistas se localizan en la parte central del protoboard, se representan y conducen según las líneas rosas. (Lévy, 2008).

3. PROCEDIMIENTO

Polaridad:

M edinte e l uso de l s im u lador C rocodrile C lips cream os un circu ito sencillo .

P ara la creación del c ircu ito se u tiliza una fem de 12v, un in te rruptor, un bom billo led y un po lo a tierra , todos estos e lem entos se unen grac ias a un cable conductor.

F ina lm ente se abre y cie rra e l interrup tor y se observa lo ocurrido . Luego se rep ite e l m ism o p roced im iento rem plazando e l bom billo led por uno ax ia l.

Ley de Ohm:

4. RESULTADOS Y ANALISIS

POLARIDAD LED:

Figura No.4. Circuito abierto Figura No.5. Circuito cerrado

C on ayuda del s im uldor C rocodrile C ips, ensam blar los c ircu itos de la re lación en tre vo lta je e in tensidad de corrien te y re lación en tre in tensidad de corriente y re is is tencia .

Para la la re lac ión en tre vo lta je e in tensidad de corrien te, debem os utilizar una fem de 2V , un in terruptor, una res istencia de 560 Ω y dos vo ltim etros que deben ser conectados m edian te e l uso de un cab le conductor. F ina lm ente variam os e l vo lta je de la fem con un rango de 2 en 2 hasta llegar a los 16V .

Pa ra ensam blar la re lac ión en tre in tensidad de corrien te y re is is tencia , , debem os utilizar una fem de 26V , un in terruptor, una res is tencia de y dos vo ltim e tros que deben se r conectados m ed iante e l uso de un cab le conductor.F ina lm ente variam os e l va lo r de la res is tencia y m antenem os e l vo lta je de la fem constante .

Figura No.6.Circuito led con polaridad invertida.

POLARIDAD EN PILOTO AXIAL (BOMBILLO DE PRUEBA)

Figura No.7. Circuito abierto Figura No.8. Circuito cerrado

Figura No.9. Circuito axial con polaridad invertida.

Para entender la polaridad tanto en circuitos los led como en los pilotos axiales, debemos en primera instancia recordar que la polaridad indica si un componente es simétrico o no; en ocasiones la polaridad puede ser conectada en cualquier sentido y aun así funciona el circuito.

En nuestro circuito led, vemos que cuando este está abierto se impide que los electrones viajen de un lado de la fuente de potencia al otro, por esa razón los electrones no fluyen por el circuito y el interruptor se mantiene apagado. Podemos ver que hemos utilizado un diodo, el cual permite el flujo de corriente en una sola dirección que va del ánodo (lado positivo) al cátodo (lado negativo), gracias a esto, al cerrar el circuito vemos que el bombillo led se enciende, por ende no hay ninguna interferencia para que los electrones viajen a través del circuito, por esta razón la corriente fluye del polo positivo de la batería( fuente de potencia ) hasta llegar al bombillo (carga) que se encuentra unido al circuito y regresan al polo negativo de la batería. El valor mínimo de resistencia para que el led se encienda es de 320Ω y se quema con una resistencia de 300Ω

Pero, al invertir la polaridad de la fuente en el circuito del led, cuando cerramos el mismo vemos que el bombillo no se enciende, esto sucede porque como se dijo anteriormente la corriente solo fluye del ando al cátodo y no del cátodo al ánodo por lo que el flujo de corriente para el bombillo led con polaridad invertida es nulo.

Por otro lado para la polaridad en el piloto axial, vemos que al cerrar el interruptor del circuito el bombillo se enciende tanto en la polaridad normal como invertida, pero con un valor de resistencia bajo (200Ω), ya que en cualquiera de las direcciones el circuito va a funcionar, debido a que a diferencia del led el bombillo axial no exige polaridad. Aunque el componente polarizado se encuentre conectado de manera incorrecta, la bombilla se encenderá o en el peor de los casos se quemará debido al uso de resistencia incorrecta.

RELACIÓN ENTRE VOLTAJE Y LA INTENSIDAD DE CORRIENTE:

Al realizar el montaje indicado anteriormente y variar los valores de la fem obtuvimos los siguientes circuitos:

Figura No.10. Corriente eléctrica de un circuito con resistencia de560Ω, potencial de 2V y corriente de 3,57mA.

Figura No.11. Corriente eléctrica de un circuito con resistencia fija de560Ω, potencial de 4 V y corriente de 7,14mA

Figura No.12. Corriente eléctrica de un circuito con resistencia fija de 560Ω, potencial de 6V y corriente de 10,7mA .

Figura No.13.Corriente eléctrica de un circuito con resistencia fija de 560Ω, potencial de 8V y corriente de 14,3mA

Figura No.14. Corriente eléctrica de un circuito con resistencia fija de 560Ω, potencial de 10V y corriente de 17,9mA

Figura No.15.Corriente eléctrica de un circuito con resistencia fija de 560Ω, potencial de 12V y corriente de 21,4mA

Figura No.16.Corriente eléctrica de un circuito con resistencia fija de 560Ω, potencial de 14V y corriente 25,0 mA

Figura No.17.Corriente eléctrica de un circuito con resistencia fija de 560Ω, potencial de 16V y corriente de 28,6mA.

Con base en los anteriores circuitos construimos la Tabla No.1. En la cual se muestran los valores de la relación entre el voltaje y la intensidad de corriente de los circuitos:

MEDIDA

INTENSIDAD DE CORRIENTE

(MA)

INTENSIDAD DE

CORRIENTE (MA) VOLTAJE

RESISTENCIA

(VA

)

1 3,57 0,00357 2 560,224092 7,14 0,00714 4 560,224093 10,7 0,0107 6 560,7476644 14,3 0,0143 8 559,4405595 17,9 0,0179 10 558,6592186 21,4 0,0214 12 560,7476647 25 0,025 14 5608 28,6 0,0286 16 559,440559

Tabla No 1. Relación entre el voltaje y la intensidad de corriente de un circuito

A partir de los datos obtenidos en la anterior tabla, realizamos la gráfica correspondiente al voltaje en función de la intensidad de corriente de un circuito.

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.03502468

1012141618

f(x) = 559.604686570417 x + 0.00365515752233137R² = 0.999993589019672

VLinear (V)

Grafica 1. Relación entre voltaje e intensidad de corriente, con resistencia fija de 500 Ω

Como se puede observar en la gráfica, se obtiene una ecuación lineal, la cual nos muestra como varia la intensidad con respecto al voltaje siendo la intensidad casi el doble del valor del voltaje, obteniendo así la ecuación de la recta (pendiente) V=559,6Ω, vemos que este valor se aproxima al de la resistencia, por lo que se deduce que a mayor resistencia, mayor será el valor de la pendiente. Con lo anterior se logra demostrar que el voltaje y la corriente son directamente proporcionales, y que a medida que aumenta el voltaje la intensidad también lo hace. Es decir, si se duplica el voltaje aplicado a un circuito, la corriente eléctrica se duplica también (los electrones se mueven dos veces más aprisa) y el coeficiente de correlación es exactamente 1, lo cual nos indica que no hay error en las mediciones. Las pequeñas variaciones presentadas para las resistencias pueden deberse a que el amperímetro presenta una pequeña resistencia interna, mientras que el voltímetro presenta una gran resistencia lo que no permite el escape de corriente, pero que puede variar en una cantidad mínima el valor de la resistencia del circuito.

RELACIÓN ENTRE LA INTENSIDAD DE CORRIENTE Y LA RESISTENCIA

Figura No.18. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito con fem fija de 26V y resistencia de 50Ω

Figura No.19. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito con fem fija de 26V y resistencia de 100Ω.

Figura No.20. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito con fem fija de 26V y resistencia de 150Ω.

Figura No.21. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito con fem fija de 26V y resistencia de 200Ω.

Figura No.22. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito con fem fija de 26V y resistencia de 250Ω.

Figura No.23. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito con fem fija de 26V y resistencia de 300Ω.

Figura No.24. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito con fem fija de 26V y resistencia de 350Ω.

Figura No.25. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito con fem fija de 26V y resistencia de 400Ω.

Con base en la representación de los anteriores circuitos, procedemos a realizar la tabla No.2. La cual nos describe la relación existente entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito al mantener el valor de la fem constante.

MEDIDARESISTENCIA

Ω

INTENSIDAD DE

CORRIENTE(A)INTENSIDAD DE CORRIENTE(mA) VOLTAJE (V= RI)

1 50 0,52 520 26

2 100 0,26 260 26

3 150 0,173 173 25,95

4 200 0,13 130 26

5 250 0,104 104 26

6 300 0,0867 86,7 26,01

7 350 0,0743 74,3 26,005

8 400 0,065 65 26Tabla No.2. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito manteniendo

la diferencia de potencial constante.

Con base en los datos suministrados en la anterior tabla, realizamos el grafico No.2. El cual demuestra la relación existente entre la intensidad de corriente y la resistencia, cuando se varían los valores de esta mientras que la diferencia de potencial se mantiene constante.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

f(x) = 25.9667228414855 x -0.99978765110024R² = 0.999998987008847

RELACIÓN ENTRE LA INTENSIDAD DE CORRIENE Y LA RESISTENCIA

I=APower (I=A)

Grafica No.2. Relación entre la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito manteniendo la fem constante.

La grafica nos muestra que estos dos elementos tienen una relación potencial, por lo que son inversamente proporcionales, a medida que la corriente incrementa, la resistencia es menor y a media que va aumentado la corriente, disminuye la resistencia.

Cualquier aumento en la resistencia del circuito causa una disminución proporcional en la cantidad de corriente de electrones a través del circuito, como se muestra en la gráfica potencial.

La resistencia inicial fue de 50Ω con una intensidad de corriente de 520 mA y una resistencia final de 400Ω, con una intensidad de corriente de 65 mA notándose la relación ya descrita y

sustentada con lo siguiente: “Para un valor fijo de voltaje, cuando se dobla la resistencia de un circuito, se hace dos veces más difícil el paso de los electrones a través del circuito, la cantidad de corriente de electrones es reducida a la mitad de su valor (el voltaje aplicado no cambia) y cualquier aumento en la resistencia del circuito causa una disminución proporcional en la cantidad de corriente de electrones a través del circuito”. (Condumex. 2009).

Al comparar el valor del voltaje de la fem con el voltaje practico resultante, vemos que tan solo existen unas mínimas variaciones en los valores de los mismos, las cuales se pueden deber a que como se manifestó en la anterior experiencia, el voltímetro tiene una resistencia interna muy grande que permite que la corriente no se pierda, y por ende se produce una mínima variación en el voltaje de la fem.

5. CONCLUSIONES Gracias a la experiencia de polaridad de un bombillo led y de un piloto axial, se comprueba

que un led exige polaridad para su correcto funcionamiento, mientras que un bombillo axial no, por lo tanto al invertir la polaridad el led no se encenderá mientras el bobillo sí.

Gracias a la experiencia Voltaje vs. Intensidad de corriente, se evidencia perfectamente la ley de Ohm, pues en un circuito cerrado, el voltaje aplicado a una resistencia de valor constante, es directamente proporcional a la intensidad de corriente que fluye por el sistema.

Gracias a la experiencia Intensidad de corriente vs. Resistencia, se comprueba un enunciado fundamental de la ley de Ohm, pues la corriente que circula por una resistencia es inversamente proporcional a la misma, manteniendo la diferencia de potencial constante.

6. BIBLIOGRAFIA Condumex, 2009. Manual de instalaciones eléctricas en sistemas de baja tensión. Quinta

edición. Editorial Miguel de Cervantes Saavedra. México

Fowler, R. 1986. Electricidad principios y aplicaciones. Primera edición. Editorial Reverté, s.a. Barcelona España

García, A. 2015. Que es la corriente Eléctrica. Tomado de: http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_corriente_electrica/ke_corriente_electrica_3.htm

Giordano, J. 2006. Conductor Eléctrico. Tomado de: www.Prófisicacl/comofuncionan/como.php?d=19

Lévy, É, 2008. Diccionario Akal de física. Primera edición. Editorial Akal. Pinto Madrid.

Serway, A. Raymond., Jewett, W. John. 2009. Física para Ciencias e Ingeniería con Física Moderna. Volumen II. Séptima Edición. Editorial Cengage Learning