Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad de Ingeniería Química y Manufacturera

Área Académica de Ciencias Básicas

Informe N3 Curvas características voltaje corriente

Integrantes : Santos Porlles Isaac Newton

Profesores : Ing. Sánchez Ing.

Curso : Laboratorio de Física

Fecha de Entrega: 02- 09 -01

Lima - Perú

2001

CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE-CORRIENTE

Objetivos:

Obtener las graficas voltaje corrientes de elementos resistivos y estudiar sus

características.

Fundamento teórico:

Consideremos un conductor metálico. En todo el volumen del cuerpo se le aplica

un campo eléctrico E, este campo modifica las trayectorias aleatorias de los

electrones produciendo un desplazamiento del conjunto de los electrones en la

dirección del campo E.

Bajo la acción del campo E cada electrón experimenta la fuerza f = -E e para un

campo constante (ligado a una diferencia de potencial constante) el movimiento de

las cargas son aceleradas. Pero como sabemos en régimen permanente el

desplazamiento de las cargas se hace a velocidad constante (J = neVd).

Debido a esto es necesario admitir la intervención de otra fuerza que se opone a al

fuerza eléctrica.

La hipótesis más simple consiste en hacer intervenir una fuerza " fraccional " f

opuesta y proporcional V (frotamiento de tipo viscoso).

La carga tiene una velocidad límite Vd cuando:

f + f´= 0; es decir que:

eE - bVd = 0 Vd = (e/b)E

b es una constante que depende del material. Si lo llamamos a =e/b movilidad

de los electrones, podemos escribir que: Vd = E y como J = neVd.

Encontramos la relación entre J y E:

J = E, con = ne

Llamada conductividad que depende del conductor y de la temperatura.

Se sabe que la constante b = m/t, donde m es la masa del electrón y t es el

llamado tiempo de relajación; es el tiempo que le toma a un electrón realizar dos

choques sucesivos

Se debe hacer notar que en este movimiento de los electrones en el proceso de

conducción eléctrica, ellos pierden energía que se manifiesta macroscópicamente

mediante el calentamiento del material conductor por la que fluye la corriente

(efecto Joule). Para el cobre t = 2.4*10-14 s, es decir los electrones sufren

aproximadamente 1013 colisiones.

A la inversa de la conductividad se le llama resistividad eléctrica del material:

1 / =

Ley de Ohm Macroscópica.

Sea una porción infinita de un conductor comprendida entre dos superficies

equipotenciales a y b caracterizadas por los potenciales Va y Vb (en cierto casos a

y b constituyen los electrodos).

Suponemos nosotros que el desplazamiento de las cargas es debido únicamente

al campo electrostático y que se verifica la ley de ohm J = E, designemos por una

superficie S atravesada por todas las líneas entre a y b. Sea la intensidad a

través de S.

Demostremos que al relación (Va - Vb)/ es constante (Va - Vb) e varían.

En efecto, multipliquemos por un escalar p cada uno de los potenciales Va y Vb y

por ende la diferencia Va - Vb; en cada punto el campo E estará multiplicado por el

mismo escalar p y como es razonable J.

Lo hecho anteriormente no cambia la forma de las equipotenciales ni las líneas de

corriente. El flujo de J es decir a través de S es, entonces multiplicado también

por el escalar p. En conclusión la relación (Va - Vb)/ permanece constante.

Esta relación se llama por definición la resistencia R del conductor entre A y B.

(Va - Vb)/ =R (Voltio - Amperio)

El producto R se llama " caída ohmíca de tensión”.

La relación Va - Vb = R se conoce como la ley de Ohm macroscópica.

La resistencia de un conductor es independiente de los potenciales aplicados, no

depende mas que de los parámetros geométricos: L, S y de la naturaleza del

material: .

Equipo:

- Una fuente de corriente continua (6V)

- Un reóstato para utilizarlo como potenciómetro

- Un amperímetro de 0 - 1V

- Un voltímetro de 0 -10V

- Una caja con los tres elementos el foco, el diodo, carbón

- Ocho cables

- Un transformador 220/6V, 60 Hz

Parte Experimental:

Procedimiento:

1. Observar los tres elementos proporcionados para el laboratorio el foco, el

diodo, el carbón.

2. Armar el circuito como se muestra en la figura 1 y regular la fuente para que

entregue 6V.

3. Girar el cursor del potenciómetro a fin de que la tensión de salida sea nula.

4. Conectar los puntos " a " y " b " al foco a fin de averiguar el comportamiento

de la resistencia de su filamento.

5. Variar el cursor del reóstato para medir la intensidad de corriente que

circula por el filamento del foco cuando la diferencia de potencial es de 1

voltio. Nota: Se deberá emplear en el voltímetro una escala de 5 o 6V.

6. Mida el valor de la corriente cuando la diferencia de potenciales 1, 2, 3, 4, 5

y 6V.

7. Repetir los pasos 4, 5, 6 para la resistencia de carbón.

8. Repita los pasos 4, 5, 6 para el diodo pero teniendo cuidado de no pasar

de 0.9A (porque el diodo se quema). Es preferible obtener los datos de

voltaje para corriente de 0.0, 0.1,........,0.9.

TABLA DE DATOS:

DATOS EXPERIMENTALES

FOCO CARBON DIODO CERAMICA

V I I I I

4 0.38 4.6 0.04000 2.1 0.000700 3 1.51

3.6 0.37 4 0.04000 2 0.000680 2.6 1.30

3 0.33 3.6 0.03600 1.5 0.000508 2 1.01

2.6 0.31 3 0.03000 1.2 0.000405 1.6 0.78

2 0.26 2.6 0.02600 0.9 0.000301 1 0.48

1.6 0.22 2 0.01990 0.6 0.000196 0.6 0.28

1 0.17 1.6 0.01560 0.2 0.09

1 0.00950

FIGURA 1:

RESULTADOS:

1. Grafique I =f (v) para cada elemento con los valores obtenidos

Las graficas intensidad vs. Potencial son las siguientes:

2. ¿En cuál de los elementos se cumple la ley de ohm y en cuales no?

Explique su respuesta.

Según la ley de ohm el cociente entre V y I debe ser constante y ello se

puede ver en el grafico que en el único elemento que cumple es el carbón, el

diodo resulta una ecuación cuadrática y el foco una de tercer grado por lo cual

no cumplen la ley de ohm.

3. Para una diferencia de 0.8voltios, halle las resistencias de los tres

elementos.

En el caso del carbón:

V = I = R =

En el caso del diodo:

V = I = R =

En el caso del foco:

V = I = R =

4. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje crítico a partir

del cual empieza a conducir. ¿Cuál es ese valor?

Al comenzar a medir la intensidad de corriente se nota que mientras uno

aumenta el voltaje no hay corriente, pero llega a un punto en el cual empieza a

haber corriente el que es medido por el amperímetro; el voltaje crítico es 0.6V.

5. Escriba sus conclusiones y/o comentarios.

- No se cumple la ley de Ohm: IR = V; en el caso del diodo y del foco en

vista que la resistencia varia para cierto voltaje V.

- En el caso del carbón si se cumple la ley de Ohm en vista que la

resistencia es constante para diferentes voltajes.

- La resistencia de un material esta dada por: R = / A donde A es el área

del resistor =(T) f = i ( 1 + T); : coeficiente térmico.

concluimos que a mayor temperatura la resistencia del material aumenta.

- También podemos concluir que cuando un material o sustancia presenta

resistividades muy grandes quiere decir que son malos conductores o

buenos aislantes e inversamente cuando presenta poca o pequeña

resistividad son buenos conductores. No existe ningún aislador perfecto

( =), ni tampoco un conductor perfecto ( = 0.

= 1 /;

A temperaturas extraordinariamente bajas, algunos conductores pierden

sus últimos vestigios de resistencia; fenómeno que se conoce como

SUPERCONDUCTUVIDAD.

- Una recomendación es que a la hora de medir la intensidad par el

elemento para el diodo no se debe pasar de 0.9; en caso contrario se

quemara el diodo.

BIBLIOGRAFIA:

- Halliday, David - Resnick robert Física Parte 2 Editorial CECSA México

Capitulo: Intensidad de corriente.

- Mc Kelvey Grotch " Física para ciencias e ingeniería " tomo " Editorial

Capitulo: Intensidad de corriente, fuerza electromotriz

- Asmat Humberto Física General 3 Ed Hozlo 1988 Capitulo: Resistencias

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TABLAS DE DATOS

GRAFICOS

CUESTIONARIO

BIBLIOGRAFIA

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