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RESUMEN
Para analizar detalladamente la ley de Ohm, la cual establece que la corriente que
circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional al voltaje e
inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se
mantenga constante, se realizó la práctica de laboratorio “Ley de ohm”, la cual
tiene como objetivo verificar experimentalmente la ley de ohm, obtener curvas
características de corriente vs voltaje de diferentes dispositivos y usar esta ley
para determinar los valores de las resistencias. Para realizar la práctica fue
necesario configurar el circuito para los tres resistores, este circuito estaba
compuesto por; amplificador de potencia, sensor de voltaje, sensor de corriente,
cables de conexión, interfaz, voltímetro, caja de resistencias, bombillo y Led. Para
los resistores se debía analizar su resistencia y tolerancia, lo cual se puede hacer
mediante una tabla que contiene un código de colores que nos dan estas
características según el resistor, también lo podemos hacer mediante aparatos
eléctricos tales como el voltímetro. Para cada circuito (resistor, bombillo y Led), se
debe realizar un gráfico de corriente vs. voltaje, en dichos gráficos se pudo validar
si se cumplía con la ley de ohm, lo que se pudo observar es que en el caso de los
resistores si se cumple con la ley de ohm ya que la corriente varia constantemente
con respecto al voltaje; para el bombillo se observo que este no cumple con la ley
de ohm ( pero podemos usarla para hallar su resistencia en punto determinado de
la curva ), ya que la corriente varia en forma de curva y finalmente para el Led se
observo que cumple solo en cierta parte del gráfico con la ley de ohm. Gracias a
esta práctica se pudo validar lo establecido por la ley de ohm y conocer en que
objetos se cumple esta ley, además de aprender que aplicaciones tiene la misma y
como ha contribuido a la mejora de los procesos en la actualidad
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INTRODUCCION
La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es
directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia
siempre y cuando su temperatura se mantenga constante. Se dice que un circuito
o material cumple con esta ley cuando se cumple lo dicho anteriormente, es decir
que la resistencia aumenta cuando el voltaje y la corriente aumentan y disminuye
cuando estos disminuyen.
Esta ley tiene su nombre en honor al físico alemán Georg Ohm, el cual en el año
de 1827 descubrió que la corriente en un circuito de corriente continua varia
directamente con la diferencia de potencial, e inversamente con la resistencia del
circuito. La definición matemática es la siguiente:
Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la
diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia
en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es
constante, independientemente de la corriente.
Estos concepto se validaran mediante esta práctica donde analizaremos
resistencias con sus características, el comportamiento de algunos dispositivos
electrónicos donde se pueda ver claramente el criterio de la ley de ohm al igual
que realizaremos una práctica donde vemos que no se cumple la ley pero nos
servirá de base para poder entender cómo usarla en estos casos.
Este laboratorio tiene como objetivo principal validar experimentalmente la ley de
ohm, lo cual se realizó mediante la toma de datos de diferentes configuraciones de
circuitos para resistores, bombillo y Led, con estos datos se realizaron gráficos de
corriente vs. voltaje para analizar el comportamiento de los mismos y ayudarnos a
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comprender lo establecido por la ley de ohm, la cual establece que existe una
relación entre la corriente, el voltaje y la resistencia en un material, por lo tanto se
realizaron los gráficos de dichos comportamientos para validar la teoría.
METODOS
Para el inicio del montaje se recibió el equipo requerido para el experimento de
verificación de la Ley de Ohm, el equipo fue el siguiente:
i. Sensor de voltaje
ii. Bombillo
iii. Caja de resistencias
iv. Multímetro digital
v. Amplificador de potencia
vi. Sensor de corriente
vii. Led
viii. Cables de conexión
ix. Interfaz
Durante la práctica se debía organizar el equipo para 3 tomas de datos, el primero
para 2 resistencias una de 100Ω y otra de 270Ω, la segunda configuración es para
un bombillo y finalmente para un LED, el cual fue probado antes de hacer la
práctica para evitar errores en la toma de datos. El procedimiento que se llevó a
cabo fue el siguiente
1. Inicialmente se conecto el sensor de corriente en el canal A de la interfaz, el
amplificador de potencia en el canal B y el sensor de voltaje en el canal C
de la interfaz, una vez conectados estos instrumentos fueron configurados
en el Data Studio según las indicaciones de la “guía de laboratorio Ley de
Ohm” y las indicaciones dadas por el profesor.
2. Para la primera prueba, la cual consistía en la toma de datos para la curva
característica de un resistor, buscaron 2 resistencias una de 100Ω y otra de
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270Ω, para identificarlas se utilizó el voltímetro digital con el cual se podía
mirar el valor de las resistencias de la caja de resistencias y con ayuda de
la tabla de colores para las resistencias se identificó el valor teórico con su
respectiva tolerancia de cada una de ellas. El montaje para la prueba de las
resistencias es el que se muestra en la figura No 1 “Montaje para Curva
Característica Resistencia”
Figura No1. Montaje para curva característica resistencia
3. Una vez montado el circuito se realizo un grafico de corriente vs. voltaje
llevando el voltaje desde -8v hasta +8v en cambios de 1 voltio, conservando
el dato en cada cambio.
4. Después de haber terminado la prueba para las dos resistencias se
configuro el circuito para realizar la prueba del bombillo, en el circuito se
cambia la caja de resistencia por el bombillo, el montaje queda como se
ilustra en la figura No 2 “Montaje para Curva Característica Bombillo”
Figura No2. Montaje para curva característica Bombillo
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5. Una vez montado el circuito para el bombillo, se realiza un gráfico de
corriente vs. voltaje empezando en cero voltios y llevándolo hasta 8A, en
cambios de 0.05v
6. La tercera parte de la prueba consistió en el circuito con el LED, para esto
fue necesario conectar nuevamente la caja de resistencias con un resistor
de un 1kel circuito quedó como se ilustra en la figura No 3 “Montaje
para Curva Característica Led”
Figura No 3 “Montaje para Curva Característica Led”
7. Después de tener montado el circuito para el LED se crea un gráfico de
corriente vs voltaje iniciando el voltaje en -1.0V y llevándolo hasta 0.8A en
cambios de 0.1V.
Finalmente se desconecto el equipo y fue devuelto.
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RESULTADOS
A continuación se presentan los resultados obtenidos durante la práctica, los
cuales constan de 4 gráficas de corriente vs. Voltaje para las diferentes
configuraciones de circuitos que se realizaron, las cuales se explicaron en el punto
anterior (método). Para el caso de las resistencias se utilizó una tabla de colores
(ver tabla No1) que ayudo a determinar las características y valor de cada una de
las resistencias con su respectiva tolerancia, esto dependiendo de la configuración
de colores de la resistencia.
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Resistencia de 98.6 Ω
Al analizar las resistencia se nota que ellas tienen unas bandas de color las cuales
nos sirven para determinar características de cada una de ellas tales como
tolerancia y limite de resistencia, en este caso tenemos una resistencia de bandas
café, negro, café, que nos da la equivalencia de 98.6 Ω y una banda dorada que
nos da la tolerancia de esta la cual es del 5% según tabla de colores para ellas.
Figura No 4. Gráfico de Corriente vs. Voltaje Resistencia de 98.6 Ω
Según el análisis realizado para cada uno de los resistores y los resultados
experimentales podemos afirmar que los dispositivos usadas hasta el momento
cumplen correctamente la ley de ohm ya que al obtener la grafica corriente VS
voltaje ( Figura .No 4), tenemos como resultado una línea recta lo que nos deja
ver claramente que la corriente es directamente proporcional al voltaje, e
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inversamente proporcional a la resistencia, de donde podemos sacar la pendiente
y así conseguir el valor de la resistencia.
Estos se puede validar haciendo el cálculo de R=1/m, que nos daría el valor de la
resistencia que estamos analizando.
Al tomar mediciones con el voltímetro obtuvimos un valor para la resistencia de
98.6 Ω lo cual nos deja un parámetro de 2.4 Ω que lo asociamos con el error
absoluto.
Resistencia de 270 Ω
Figura No 5. Gráfico de Corriente vs. Voltaje Resistencia de 270 Ω
Al analizar este resistor se encontró con las bandas de color rojo, violeta, café, los
cuales corresponden a una resistencia de 270 Ω y una banda dorada que para
este caso nos da la tolerancia del 5%, al realizar el grafico de corriente vs. Voltaje
para este resistor podemos ver que también cumple con la ley de ohm como se
muestra en la figura No. 5.
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Figura No. 6 Curva característica del bombillo.
Como se muestra en la figura No.6 podemos ver que al realizar el experimento
del bombillo este no cumple claramente la ley de ohm ya que se nota que no hay
una relación directamente proporcional entre la corriente y el voltaje donde la
curva característica debería ser una línea recta, pero esta practica nos sirvió para
ver como podemos aplicar la ley estudiada en estos casos.
De tal modo que al llevar esta grafica al plano podemos tomar los puntos de
intersección de corriente y voltaje y así poder hallar la resistividad en un punto
dado de la curva.
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Figura No.7 Curva característica del Led.
Durante la práctica del Led se puede analizar que inicialmente no tenemos paso
de corriente como se muestra en la grafica No.7 esto debido a que estos elemento
no permiten el paso de esta sino hasta después del voltaje umbral que es cuando
notamos que empezó a encenderse el bombillo de forma lenta hasta tener toda su
capacidad, es decir que estos Led cumplen con la ley de ohm a partir del voltaje
umbral. Según la grafica el voltaje umbral se da a partir de un voltaje de 2.7 v.
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No hay paso de corriente
Voltaje umbral, a partir de este momento el Led permite el paso de corriente
DISCUSIÓN
Después de realizar la totalidad de la práctica en el laboratorio podemos
establecer que se pudo estudiar de manera adecuada la ley de ohm en los casos
en los que esta se cumple y también cómo podemos usarla para dispositivos que
no siguen esta ley como lo fue en el caso del bombillo.
En la práctica de las resistencias se encontró que al hacer pasar corriente en un
circuito donde estén incluidas la corriente disminuía lo cual nos da a entender que
una resistencia es un limitante del paso de corriente en un circuito
dependientemente de material y geometría con que estén fabricados los
resistores.
Gracias a la práctica con los resistores (Gráfico 4 y 5), se pudo establecer el valor
experimental de la resistencia utilizada en cada práctica, dicho valor esta dado por
la siguiente definición:
R= 1/m
Donde R es la resistencia y m es la pendiente dada por el gráfico, a partir de los
datos entregados por los gráficos 5 y 6 se puede calcular el valor de la resistencia,
dichos cálculos se ilustran en la tabla No 2:
Tabla No 2, Cálculos experimentales de la resistencia
VALORES TEORICOS VALORES EXPERIMENTALES
ResistenciaIncertidumbr
e relativaIncertidumbr
e Absoluta PendienteIncertidumbre
AbsolutaIncertidumbre
RelativaResistencia
Gráfico
98.6 5% 4.93 0.0102 1.3E-05 0.1%
98.04
270 5% 13.50 0.00383 2.30E-05 0.6%
261.10
Con los datos obtenidos en la tabla No 2 podemos calcular el porcentaje de error
del cálculo experimental de las resistencias, este calculo esta dado por la siguiente
definición:
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% de Error = (Valor Teórico – Valor Experimental)/Valor Teórico x 100
Aplicándola a los datos obtenemos
% de Error R98.6 = (98.6 – 98.04)/98.6 x 100 = 0.57%
% de Error R270 = (270 –261.10)/270 x 100 = 3.30%
Como se puede observar en los resultados anteriores para el caso de la primera
resistencia el porcentaje de error es muy pequeño lo cuál indica que la práctica se
ejecuto de manera correcta y los equipos estaba bien calibrados, en el caso de la
segunda resistencia el error es mas grande lo cual puede ser a causa de la mala
calibración de los equipos y errores en la toma de los datos.
En la práctica del Led fue necesario incluir dentro del circuito un resistor de 1k Ω
ya que de no tenerlo y aplicar corriente directamente de la fuente este se puede
quemar debido a que es posible de que este no soporte todo el voltaje que le entra
según sus características.
Teniendo este resistor dentro del circuito nos deja ver dentro da la grafica que
inicialmente los datos que nos arroja es solo de voltaje la corriente es cero pero
hasta determinado momento, después de cierto voltaje comenzamos a ver en la
grafica un cambio de la curva característica ya que empezamos a notar el paso de
corriente y la forma en que se venía presentando la grafica cambia.
Este fenómeno es conocido como el voltaje umbral que nos dice que en los Leds
después de cierto voltaje se permite el paso de corriente, en nuestro caso se dio
el paso de a partir de 2.7 V.
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CONCLUSIONES
Se puede establecer que existe una relación entre la corriente y el voltaje,
que la resistencia aumenta cuando el voltaje y la corriente aumentan y
disminuye cuando estos disminuyen cumpliendo con la ley de ohm.
No en todas las prácticas se puede ver que los circuitos usados cumplen
con la ley de ohm, pero podemos usarla para hallar la resistencia en punto
dado como en el caso del bombillo.
Gracias al manejo del voltímetro podemos hallar los valores de las
resistencias y ver que son muy similares a los datos que nos dan las tablas
de colores y las graficas de la práctica.
Los elementos utilizados en el laboratorio para realizar el circuito como el
sensor de voltaje, corriente, y amplificador de potencia, permiten entender
con mayor facilidad si se cumple la ley de hoy ya que nos permite ver
gráficamente como se afecta la corriente al aumentar o disminuir el voltaje o
la resistencia.
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REFERENCIAS
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