UNIVERSIDAD DE SAN MARTIN DE PORRES

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

TITULO:

Practica de Laboratorio Nº 3 – Física II

Curvas Características V – I, Ley de Ohm, Resistencia y

Resistividad

SECCION: 68D

MESA: Nº 5

INTEGRANTES

- Quispe Pilco Jean pierre

- Zambrano Coppa Jack

PROFESOR:

Ing. José Rosales Fernández

FECHA DE REALIZACIÓN:

15 de abril del 2011

FECHA DE ENTREGA:

16 de abril del 2011

PRACTICA DE LABORATORIO Nº 3 – FISICA II

CURVAS CARACTERISTICAS V – I, LEY DE OHM, RESISTENCIA Y

RESISTIVIDAD

Objetivos

- Obtención y análisis de curvas voltaje – corriente (V – I) de elementos metálicos.

- Verificar la validez y el campo de aplicación de la Ley de Ohm.

- Determinar la Resistividad en diferentes materiales.

- Determinar los parámetros de los cuales depende la resistencia de un alambre.

Materiales y equipos a utilizarse

- 01 Fuente de alimentación regulable DC “BK PRECISION” 1670A.

- 01 Multimetro analógico “SIMPSON” 260.

- 01 Multimetro digital “TECH” TM – 107.

- 01 Alambre de Constantan de 0.35 mm. De diámetro y 1.10 de longitud.

- 01 Alambre de Hierro de 0.20 mm. De diámetro y 1.10 de longitud.

- 01 Alambre de Nicrom de 0.50 mm. De diámetro y 1.10 de longitud.

- 01 Carril metálico LEYBOLD.

- 02 Zócalos aislantes LEYBOLD.

- 02 Clavijas tipo “Jack” LEYBOLD.

- 02 Cables banana – cocodrilo.

Fundamento Teórico

Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula

por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de

potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se

puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación:

donde, empleando unidades del Sistema internacional, tenemos que:

I = Intensidad en amperios (A)

V = Diferencia de potencial en voltios (V)

R = Resistencia en ohmios (Ω).

Esta ley no se cumple, por ejemplo, cuando la resistencia del conductor varía con

la temperatura, y la temperatura del conductor depende de la intensidad de

corriente y el tiempo que esté circulando.

La ley define una propiedad específica de ciertos materiales por la que se cumple

la relación:

Un conductor cumple la Ley de Ohm sólo si su curva V-I es lineal, esto es si R es

independiente de V y de I.

Circuito mostrando la Ley de Ohm

Resistencia eléctrica

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por

un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de

las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a

un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la

circulación de la corriente eléctrica.

A.- Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, que ofrece baja

resistencia. B.- Electrones fluyendo por un mal conductor eléctrico, que ofrece alta

resistencia a su paso. En ese caso los electrones chocan unos contra otros al no

poder circular libremente y, como consecuencia, generan calor.

Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma

más o menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su

paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente en el

micromundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan

a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa situación hace

que siempre se eleve algo la temperatura del conductor y que, además, adquiera

valores más altos en el punto donde los electrones encuentren una mayor

resistencia a su paso.

Resistividad

Todas las sustancias se oponen en mayor o menor grado al paso de la corriente

eléctrica, esta oposición es a la que llamamos resistencia eléctrica. Los materiales

buenos conductores de la electricidad tienen una resistencia eléctrica muy baja,

los aisladores tienen una resistencia muy alta.

Se le llama resistividad al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus

desplazamientos.

Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente

eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto

de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo

indicará que es un buen conductor.

Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras

que la resistividad de los semiconductores disminuye ante el aumento de la

temperatura.

Tabla de resistividades de algunos materiales

Material Resistividad (en 20°C-25ºC) (Ω·m)

Plata[] 1,55 x 10-8

Cobre[] 1,70 x 10-8

Oro[] 2,22 x 10-8

Alumini

o[]2,82 x 10-8

Níquel[] 6,40 x 10-8

Hierro[] 8,90 x 10-8

Platino[] 10,60 x 10-8

Grafito 60,00 x 10-8

Procedimiento

LEY DE OHM

Para verificar si el hilo de Constantan cumple o no con la Ley de Ohm, utilizamos

el carril metálico con las clavijas tipo “Jack”. La distancia entre los terminales tiene

que ser de 1 m. Entre las clavijas se conecta el hilo de Constantan.

Todo debe estar conectado al multimetro analógico, multimetro digital y a la

Fuente.

El multimetro analógico debe estar en función de voltímetro y el selector de rango

en 10 V mientras que el digital debe estar en función para medir corriente directa.

Se debe respetar la polaridad del circuito.

Finalmente se toman las lecturas de corriente (I), variando el voltaje aplicado cada

0.5 V, para así completar la Tabla I.

TABLA I

MATERIAL: Constantan LONGITUD: 1.10 m. DIAMETRO: 0.35 mm.

VOLTIOS(V) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

AMPERIOS(I

)

0.07 0.09 0.15 0.21 0.24 0.29 0.35 0.37 0.41 0.45

R= V/I 7.14 9.09 10 9.52 10.4 10.34 10 10.8 10.98 11.11

2 1

Trazamos la Curva característica V – I.

V

I

Como podemos apreciar, el hilo de Constantan cumple con la Ley de Ohm,

entonces podemos decir que es un material ohmico.

Repetimos el mismo proceso, ahora con el hilo de Hierro.

Tomamos lecturas de corriente y completamos la Tabla II.

TABLA II

MATERIAL: Hierro LONGITUD: 1.10 m. DIAMETRO: 0.20 mm.

VOLTIOS(V) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

AMPERIOS(I) 0.11 0.2 0.29 0.39 0.48 0.57 0.59 0.71 0.78 0.8

R= V/I 5.21

4.55 5 5.17 5.13 5.26 5.93 5.63 5.77 6.25

Trazamos la Curva característica V – I.

V

I

Como podemos apreciar, el hilo de Hierro cumple con la Ley de Ohm, entonces

podemos decir que es un material ohmico.

Según estos resultados, podemos decir que el hierro es más ohmico que el

constantan, ya que su grafica se comporta como una recta.

RESISTENCIA RESISTIVIDAD (ρ)

Para este procedimiento, utilizamos el carril metálico y conectamos el hilo de

Nicrom.

La longitud el hilo entre las clavijas debe ser aproximadamente de 1 m.

Para medir la resistencia del hilo se usó el multimetro digital.

Luego, reducimos la longitud del hilo entre las clavijas a 0.5 m. y utilizamos en una

de las puntas de prueba del ohmimetro, un cable cocodrilo para que haga como

contacto deslizante sobre el hilo de Nicrom.

Los resultados obtenidos los tenemos en la siguiente tabla.

TABLA III

MATERIAL NICROM

LONGITUD (m) 1 0.5

DIAMETRO (mm) 0.5 0.5

SECCION(m2) 7.853 x 10^ -7 7.853 x 10^ -7

Rmedida (Ω) 11.2 5.4

ρcalculada (Ω-m) 8.80 x 10^ -6 8.48 x 10^ -6

El valor teórico de los libros es 100 x 10 ^ -8 y el hallado por la formula es 8.8 x 10

^ -8, lo que nos indica que el cumplimiento de la formula de la Resistividad se

acerca al teórico.

Deslizando la pinza de cocodrilo, reducimos la longitud del hilo de nicrom, para así

tomar diferentes medidas de resistencia.

Los resultados obtenidos, lo tenemos en esta tabla.

TABLA IV

MATERIAL: Nicrom DIAMETRO: LONGITUD TOTAL: 1 m.

LONGITUD(L) L-10cm= 90cm L-20cm=80cm L-30cm=70cm. L-40cm=60cm.

Rmedida(Ω) 10.2 8.6 7.8 6.4

Como podemos apreciar el valor de la resistencia disminuye a medida que

disminuimos la longitud del hilo.

Entonces:

- A mayor longitud del material, más resistencia.

- A menor longitud del material, menos resistencia

Resultados obtenidos

Podemos resumir los resultados obtenidos en las siguientes tablas:

TABLA I

MATERIAL: Constantan LONGITUD: 1.10 m. DIAMETRO: 0.35 mm.

VOLTIOS(V) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

AMPERIOS(I

)

0.07 0.09 0.15 0.21 0.24 0.29 0.35 0.37 0.41 0.45

R= V/I 7.14 9.09 10 9.52 10.4

2

10.34 10 10.8

1

10.98 11.11

TABLA II

MATERIAL: Hierro LONGITUD: 1.10 m. DIAMETRO: 0.20 mm.

VOLTIOS(V) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

AMPERIOS(I) 0.11 0.2 0.29 0.39 0.48 0.57 0.59 0.71 0.78 0.8

R= V/I 4.55 5 5.17 5.13 5.21 5.26 5.93 5.63 5.77 6.25

TABLA III

MATERIAL NICROM

LONGITUD (m) 1 0.5

DIAMETRO (mm) 0.5 0.5

SECCION(m2) 7.853 x 10^ -7 7.853 x 10^ -7

Rmedida (Ω) 11.2 5.4

ρcalculada (Ω-m) 8.80 x 10^ -6 8.48 x 10^ -6

Cuestionario

1- Explicar el concepto de resistencia eléctrica desde el punto de vista microscópico.

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

2- ¿Que son materiales óhmicos y cuando se dice que un material es no óhmico? Clasifique los tipos de materiales por el comportamiento de su resistencia y resistividad en relación a la Ley de OHM

Los materiales óhmicos son aquellos en donde para diferentes valores de corriente, la relación VR/I, permanece constante en cambio; donde sucede todo lo contrario es en los materiales no óhmicos, es decir donde la relación VR/I no se mantiene constante en los diferentes valores de corriente.Desde el punto de vista de la resistividad, podemos encontrar materiales conductores (no presentan ninguna oposición al paso de la corriente eléctrica), aislantes (no permiten el flujo de corriente), y resistivos (que presentan cierta resistencia). Dentro de este último grupo se sitúan las resistenciasSe pueden dividir en tres grupos:Resistencias lineales fijas: su valor de resistencia es constante y está predeterminado por el fabricante.Resistencias variables: su valor de resistencia puede variar dentro de unos límites.Resistencias no lineales: su valor de resistencia varia de forma no lineal dependiendo de distintas magnitudes físicas (temperatura, luminosidad, etc.).

3- Completar los datos del cuadro adjunto asumiendo que los datos corresponden a un material Óhmico.

V 1 5 4 7I 0.1 0.5 0.4 0.7R=V/I 10 10 10 10

4- Hallar la resistividad promedio del alambre de nicrom, em pleado en su experimento. Compare este resultado con los datos existentes en la bibliografía y que opina sobre los resultados.

El resultado de la resistividad del nicrom encontrado en los libros es de 1,1 x 10−6 Ωxm en cambio el resultado experimental fue de Esto demuestra que hay .

5- Cómo influye la temperatura sobre el comportamiento de la resistividad eléctrica de los materiales. ¿Cuando se dice que un material se halla en un estado superconductor?, ¿en qué condiciones físicas se obtienen un material superconductor?

La resistividad es directamente proporcional a la resistencia del material, la relación entre ambos esta dad por: R = ρ L / ALa resistividad de un material metálico aumenta, según la teoría vista, al aumentar la temperatura, esto se debe a que los iones del conductor vibran con mayor amplitud, lo cual hace más probable que un electrón en movimiento choque con un ión, esto impide el arrastre de los electrones por el conductor y, por tanto, también la corriente.La resistividad de las aleaciones es prácticamente independiente de la temperatura.La resistividad de los no metales disminuye al aumentar la temperatura, según lo visto en Física 2, puesto que a temperaturas mayores, más electrones son ¨ arrancados ¨ de los átomos y adquieren movilidad. Este mismo comportamiento se presenta en losSemiconductores.Un superconductor es un material que no opone resistencia al flujo de corriente eléctrica por él. Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos magnéticos.Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos magnéticos.Por su ausencia de resistencia, los superconductores se han utilizado para fabricar electroimanes que generan campos magnéticos intensos sin pérdidas de energía. Los imanes superconductores se han utilizado en estudios de materiales y en la construcción de potentes aceleradores de partículas. Aprovechando los efectos cuánticos de la superconductividad se han desarrollado dispositivos que miden la corriente eléctrica, la tensión y el campo magnético con una sensibilidad sin precedentes.

6- ¿Cómo debería ser la resistencia de un conductor perfecto y como la de un aislante perfecto?

La resistencia de un conductor perfecto debería ser muy próxima a cero para que deje circular corriente eléctrica. Y un aislante perfecto no debería dejar pasar nada de electricidad.

7- Investigue sobre la Relación V/I de las resistencias especiales NTC,PTC, VDR, características y aplicaciones.

Las resistencias son lineales, es decir que su curva característica de corriente en función de la tensión es una línea recta; cuanto mayor sea la tensión a ellas aplicada mayor será la intensidad de corriente que por ellas circula, permaneciendo su valor óhmico inalterado. Existen sin embargo otro tipo de resistencias en las cuales su valor óhmico depende de una magnitud externa a ellas, no mecánica, por ejemplo: la temperatura, tensión e intensidad luminosa.Cabe destacar cuatro tipos de resistencias no lineales: VDR • NTC • PTC•LDRTodas estas resistencias pertenecen al grupo de los semiconductores, si bien su forma de actuación en. Los circuitos electrónicos dependen de magnitudes diferentes; así, las resistenciasNTC y PTC dependen de la temperatura, mientras que la VDR depende de la tensión a ella aplicada y la LDR de la intensidad luminosa que sobre ella incida.

Las resistencias NTC (Negative Temperature Coefficient), también llamadas termistores NTC, son resistencias cuyo coeficiente de temperatura es negativo, es decir que el valor óhmico de su resistencia depende de la temperatura, siendo inversamente proporcional a la misma.Las resistencias NTC se fabrican a partir de óxidos semiconductores de los metales de transición del grupo del hierro, tales como el óxido férrico (Fe2O3) sustituyendo algunos de sus iones de hierro por los de titanio. En la práctica sólo unos pocos compuestos pueden ser utilizados en la fabricación de resistencias NTC, puesto que los demás poseen propiedades muy inestables.

-La característica tensión-intensidad (V/I) de un resistor NTC presenta un carácter peculiar, ya que cuando las corrientes que lo atraviesan son pequeñas, el consumo de potencia (R I2) será demasiado pequeño para registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es igual, descensos en su resistencia óhmica; en esta parte de la característica la relación tensión-intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la ley de Ohm.Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor de intensidad en que la potencia consumida provocará aumentos de temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia del

termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio térmico.

-La característica estática corriente/voltaje para resistencias PTC nos muestra los límites de corriente en los que puede trabajar un termistor PTC. Se observa que hasta un determinado valor de voltaje, la característica I/V sigue la ley de Ohm, pero la la resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por el termistor PTC provoca un calentamiento y se alcance la temperatura de conmutación. La característica I/V depende de la temperatura ambiente y del coeficiente de transferencia de calor con el respecto a dicha temperatura ambiente.Características de una resistencia VDR:La resistencia óhmica de un VDR no es constante, sino que varía con la tensión aplicada a sus extremos. De ello se deduce que la corriente que circula por una VDR no es, en modo alguno, proporcional a la tensión aplicada. La curva característica de tensión en función de la corriente será pues la más importante de una VDR, sin embargo también han de tenerse en cuenta otras características que influyen sobre su funcionamiento, tales como la potencia disipada, el coeficiente de temperatura, tolerancia, etc.Curva característica V = f (I) de una VDRHay que destacar que las resistencias VDR no presentan síntomas de polarización cuando la tensión varía de positiva a negativa, de lo que se deduce que la corriente cambia de dirección pero no de valor y, por lo tanto, la ecuación dada anteriormente es válida únicamente cuando se toman valores absolutos para V e I. Esto último que acabamos de exponer es muy importante cuando la resistencia VDR ha de trabajar en un circuito de corriente alterna.

Observaciones

- Todos los materiales entregados estuvieron en buen estado.

- Se debe indicar el nombre de los alambres, para así saber con qué se esta

trabajando.

Conclusiones

- La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula

por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de

potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo".

R= V/I

- El Constantan y el hierro son materiales ohmicos, siendo más ohmico el hierro.

- A mayor longitud, mayor resistencia.

- A mayor longitud y menor área transversal del elemento, más resistencia

- A menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos resistencia

Recomendaciones

- Tener cuidado con los alambres de Constantan y el Hierro, ya que son muy finos.

- Al trabajar con los alambres y el carril metálico, asegurarse que el alambre quede

bien templado entre las clavijas.

- Tener cuidado con el hilo de Constatan ya que se calienta.

- Respetar la polaridad del circuito al comprobar la Ley de Ohm.

Bibliografía

http://www.asifunciona.com

http://www.wikipedia.com