Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

I3.DETERMINACIÓNDELARESISTIVIDADDEDOS

CONDUCTORES:CONSTANTANYCROMO-NÍQUEL

RESUMENLos materiales se pueden caracterizar por su comportamiento eléctrico, conductores y

no conductores, esta caracterización proviene de su capacidad para circular corriente al ser

sometidos a una diferencia de potencial, la conductividad (denotada σ) es una propiedad

intrínseca de los materiales que nos cuantifica que tan fácil circulan los portadores de cargar

(en general electrones) por cierta sección trasversal del material, de ahí que se pueda definir

la resistividad como la cantidad inversa a la conductividad. En este proyecto de

investigación esperamos que el estudiante logre determinar experimentalmente la

resistividad de diferentes materiales.

PLANTEAMIENTODELPROBLEMA

Es de vital importancia la compresión completa de los fenómenos eléctricos por partes

de los alumnos, en esa medida se requiere que el estudiante este en la capacidad de

determinar el valor de la resistividad de un material si llegara a ser necesario tanto en su

labor académica con en su desempeño laboral, con este proyecto el investigador trabajará

dos técnicas de medición de resistividad, en la fase I medición directa de la resistencia y

posteriormente en la fase II medición indirecta de la resistividad por la ley de ohm, estas

dos técnicas permitirán encontrar valores acertados de la resistividad para para cualquier

conductor. Se espera el estudiante valide experimente la definición de resistividad y afiance

sus conocimientos sobre el comportamiento eléctrico de los materiales.

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OBJETIVOGENERAL

• Determinar experimentalmente la resistividad de dos conductores: constantan y cromo-níquel

OBJETIVOSESPECÍFICOS• Determinar la resistividad eléctrica de los materiales por medida directa de la

resistencia • Determinar la resistividad eléctrica de los materiales por medida indirecta de la

resistencia (ley de ohm)

MARCOTEORICOLa resistividad es la resistencia eléctrica específica de un determinado material. Se

designa por la letra griega rho minúscula 𝜌 y se mide en ohm-metro (𝛺 ∗ 𝑚). Para su

medición en la práctica existen diversos métodos. La resistencia de un conductor depende

de la longitud del mismo (𝑳), de su sección (𝐴) y del material con el que está fabricado,

mediante la siguiente expresión:

𝑹 = ,-𝑳 (1)

Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica: un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que un valor bajo indica que es un buen conductor. La resistividad es la inversa de la conductividad; por tanto 𝜌 = .

/ . La magnitud de la resistividad (𝜌) es la proporcionalidad entre el campo

eléctrico 𝑬 y la densidad de corriente de conducción 𝑱 :

𝑬 = 𝜌𝑱 (2)

La ley de ohm establece que para un conductor a temperatura constante, la relación

entre la diferencia de potencial que hay entre dos puntos del conductor y la corriente

eléctrica en el conductor es constante. Esta constante es la resistencia eléctrica entre dos

puntos. Así, si Δ𝑉 es la diferencia de potencial entre los extremos del conductor e 𝐼 es la

corriente que pasa por el conductor, la ley de Ohm puede expresarse:

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7= 𝑹 (3)

La ley de Ohm es obedecida con sorprendente precisión por muchos conductores para

una amplia gama de valores de voltaje, corriente y temperatura del conductor. Sin embargo,

debe tenerse en cuenta que hay muchos conductores que no siguen la ley de Ohm.

METODOLOGÍALa investigación se desarrollará por el método inductivo en dos fases, se usará la

observación sistemática que necesita pleno conocimiento de la teoría, obtención de

múltiples datos y resultados obtenidos por diferentes hipótesis. Recuerde que el profesor debe revisar todos los montajes antes de aplicar la diferencia de potencial, es decir antes

de energizar cualquier circuito.

Fase uno: medición directa de la resistencia y determinación de la resistividad. Primero

se deberá realizar el montaje de la figura 1. Segundo, con la ayuda del ohmímetro mida la

resistencia para una longitud del alambre de determinado (Constatan) y registre este valor

en la tabla 1 de la hoja de trabajo. Tercero, repita el procedimiento anterior variando las

longitudes del alambre hasta completar la tabla. Cuarto, registre el valor del diámetro del

alambre y determine el área trasversal de este (𝜋𝑟:; 𝐷 = 2𝑟) Quinto, repita el procedimiento

anterior cambiando el calibre del anterior ( igual material). Sexto, cambie el alambre por uno

de cromo-níquel y repita toda la fase uno.

Por último, se determinará experimentalmente la resistividad de cada material por medio

de un gráfico R vs ?-.

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Figura 1. Montaje para la medición directa de la resistencia

Fase dos: medición indirecta de la resistencia. Primero, se deberá realizar el montaje

de la figura 2. Luego se procederá a variar la longitud del alambre y se registrará el valor

de la corriente y voltaje (tome los mismos valores de longitud que en la fase I). Segundo

registre los valores en la casilla de la fase dos. Tercero, se deberá variar el tipo de material

y diámetro de los valores. Cuarto, por medio de la ley de Ohm se determinará la resistencia

para cada longitud.

Por último, se determinará experimentalmente la resistividad de cada material por medio

de un gráfico (R vs ?-. ). Donde, R es la resistencia calculada con la ley de Ohm.

Figura 2. Montaje para la medición indirecta de la resistencia

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RESULTADOSESPERADOS

Se espera que el estudiante observe que la resistencia aumenta al incrementar la

longitud del conductor a su vez aprecie que al aumentar el área transversal se disminuye la

resistencia de conductor. Se espera también que el estudiante concluya que la resistividad

es una constante propia de los materiales y es independiente de la sección trasversal,

longitud, diferencia de potencial y corriente de un elemento.

Se espera que el estudiantes observe que al aumentar la longitud crezca la diferencia

de potencial y caiga la corriente, también se espera que logre observar que el aumento del

diámetro disminuye la resistencia por ende al aumentar la longitud del conductor se

incremente el voltaje pero disminuya la corriente pero en menor medida que donde el área

transversal es menor.

Se espera que el estudiante logre determinar la resistividad tanto del constantan como

del cromo níquel y estos valores concuerden con los reportados en la bibliografía, además

sean semejantes a los obtenidos por cada método, medición directa de la resistividad

BIBLIOGRAFÍA

• http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_resistencia/ke_resistencia_1.htm • http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica • Alonso, Finn. Física. Addison-Wesley Iberoamericana (1995)

Este material fue desarrollado por Melba Johanna Sánchez Soledad, B.Sc, Oscar Mauricio Forero Quintero y Rogelio Ospina

Ospina Ph.D, en el marco del proyecto titulado “Fortalecimiento de las capacidades científicas y tecnológicas para lograr una

mejor formación para la investigación por medio de mejores laboratorios de física para ciencia e ingeniería”, fase 1: re-enfoque

metodológico. Para el desarrollo de esta actividad se contó con el apoyo de Dr. Jorge Humberto Martínez Téllez, Director de

la Escuela de Física, David Alejandro Miranda Mercado, Ph.D, Decano de la Facultad de Ciencias, Vicerrectora Académica

de la Universidad Industrial de Santander.

Bucaramanga, 25 de Abril de 2016

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