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Universidad Diego Portales, Instituto de Ciencias Bsicas,rea de Fsica

Laboratorio N3: Circuitos de Corriente Continua

Profesor: Julio Pozo

Integrantes: Nicols Morales, Rosario Riveros, Edna Soto

ResumenEl presente informe tiene como objetivo identificar y diferenciar el comportamiento hmico de elementos en un circuito de corriente continua, para ello se proceder a desarrollar las actividades realizadas en laboratorio. En primera instancia el profesor de ctedra explic la Ley de Ohm, indicando sus propiedades y frmulas bsicas. Adems se explica el concepto de circuito elctrico, el cual se entiende como: Todo recorrido preestablecido por el que se desplazan las cargas elctricas.En el laboratorio, fue necesario realizar tres experiencias:1. Circuito con Resistencia.2. Circuito con diodo.3. Circuito Carga y Descarga.Para la realizacin de los experimentos, fue necesario utilizar los siguientes materiales: Ampermetro, ampolleta pequea del tipo de una linterna, Cables de conexin (caimn caimn, caimn punta, punta punta), Diodo, Fuente de poder (0 a 24 Volt), Interruptor, Ohmetro, Resistencias (50, 100, 250 Ohm) y Sonda de Voltaje o Voltmetro. A continuacin se explicar cada uno de los experimentos, se analizarn los resultados y finalmente, se concluir respecto a cada uno de estos resultados.

1. Introduccin

a. Defina la ley de Ohm y describa sus variables, con sus respectivas unidades en el Sistema Internacional.

La Ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente elctrica que circula por un conductor elctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. Esto quiere decir que si la resistencia aumenta, la corriente disminuye y viceversa, siempre que el voltaje sea constante. Por otra parte, si el voltaje aumenta o disminuye, la corriente aumentar o disminuir en la misma proporcin que el voltaje. Todo esto ocurre siempre que el valor de la resistencia sea constante.

La ley de Ohm, se expresa por la siguiente frmula:

Donde:I: intensidad de la corriente elctrica, en Amperios [A]V: Diferencia de potencial, en Voltios [V]R: resistencia, en Ohmios [] b. Cmo se define resistencia elctrica de un material y de qu factores depende?La resistencia elctrica es la dificultad que tiene la corriente para recorrer un circuito elctrico cerrado, debido a que se dificulta el flujo de electrones. Su unidad de medida es el Ohmio ().

La resistencia depende de la conductividad del material, por ejemplo, los metales son buenos conductores y ofrecen poca resistencia a la corriente elctrica. La resistencia depende, tambin, de la temperatura, si la temperatura aumenta, la resistencia ser mayor, y por el contrario, si la temperatura baja, la resistencia disminuir. La resistencia elctrica, tambin depende de la naturaleza del material, que se refiere a la resistividad de ste. Y por limo, depende de la geometra del conductor (largo y ancho, mientras ms largo y ms ancho sea el conductor, habr mayor resistencia elctrica).

2. Diseo del experimento

2.1 Circuito Con Resistencia

El circuito con resistencia fue el primer experimento realizado en el laboratorio este consisti en medir voltaje e intensidad cuando se introduce una resistencia en el circuito, y como estos variaban al poner una resistencia en el circuito, La resistencia de un conductor es el cociente entre la diferencia de potencial o voltaje que se le aplica y la intensidad de corriente que lo atraviesa. Primero se enchufa y se prende la fuente de poder, esta fuente de poder es la que transmite voltaje al circuito esta va a variar de 0 a 6 volt, luego se conectan dos cables de conexin punta punta, un par de extremos a la fuente de poder (uno a la conexin negativa y otro a la conexin positiva) y el otro par de extremos al circuito, a su vez se conectan 2 cables de conexin caimn punta, las puntas se conectan al voltmetro y los caimanes al circuito, as se puede ver a travs del voltmetro la intensidad que se encuentra presente en el circuito, el voltmetro es usado en mA (mili ampere). Adems de esto se verifico que la carga que presentaba la fuente de poder, era la misma que estaba siendo transmitida al circuito, para esto se conectaron 2 cables de conexin, punta punta, un par de puntas se conectaron a un segundo voltmetro y el otro par de puntas se conectaron directamente a los cables que iban conectados al circuito.

Imagen explicativa del circuito con resistencia.

2.2 Circuito Con Diodo.

El circuito con Diodo fue el segundo experimento realizado en el laboratorio este consisti en medir voltaje e intensidad cuando se introduce un diodo en el circuito, y como estos variaban al poner un diodo en el circuito, un diodo es un semiconductor que ofrece una baja resistencia, el diodo exhibe una relacin no lineal entre la tensin entre sus terminales y la corriente que circula por l. La fuente de poder (ya enchufada anteriormente) es la que transmite voltaje al circuito, esta va a variar de 0 a 6 volt, en este caso el diodo que se utilizo fue conectar 2 cables de conexin punta punta, se conectaron un par de extremos a la fuente de poder y el otro par de extremos se conectaron a los cables que ya estaban enchufados al circuito, el otro par de extremos de los cables que ya iban enchufados al circuito quedaron al aire. Adems de esto, para este experimento de debi usar el Data studio para registrar el voltaje y la intensidad y con esto realizar un grafico.

Imagen Explicativa del circuito con diodo.

Imagen Explicativa del Data studio del circuito con diodo.

2.3 Circuito Carga y Descarga del Condensador.

El circuito de Carga y descarga del condensador fue el tercer experimento realizado en el laboratorio este consisti en medir voltaje e intensidad, cuando se carga y descarga el condensador, el proceso fsico de carga de un condensador se basa en la transferencia de carga y la descarga de este ocurre transitoriamente como se podr observar en el grafico. La fuente de poder (ya enchufada anteriormente) es la que transmite voltaje al circuito, esta va a variar de 0 a 6 volt, para este experimento se conectaron 2 cables de conexin punta punta, un par de extremos a la fuente de poder y el otro par de extremos se enchufaron al circuito, otros 2 cables de conexin caimn punta fueron conectados, los 2 extremos punta al voltmetro y el otro par de extremos caimn fueron conectados a los cables que iban directamente al circuito, para verificar que la carga que se estuviese transmitiendo de la fuente de poder al circuito fuese la misma. Una vez que el circuito se encontraba cargado uniformemente, la fuente de poder fue desconectada y el circuito se fue descargado paulatinamente, para esto se utilizo el Data estudio, el cual registro completamente en las variaciones de voltaje e intensidad, desde que el circuito fue cargado, cuando fue desenchufado y cuando se descargo transitoriamente.Imagen Explicativa del circuito de Carga yDescarga del Condensador.

Imagen Explicativa del Data studio del circuito de Carga y Descarga del Condensador.

3. Desarrollo del experimento

3.1Circuito con resistencia

Se realiz un circuito con una resistencia de valor 100 . Se uni el cable de conexin a la fuente de poder y luego al voltmetro, haciendo pasar la corriente elctrica por la resistencia. Posteriormente, se hizo variar el voltaje que suministra la fuente de poder al circuito, entre 0 y 6 , registrando como intensidad los valores obtenidos. En la siguiente tabla se muestra esta variacin:

Voltaje [V]Intensidad [A]

0,30,0035

0,90,00958

20,02038

30,03033

40,0402

50,05

60,0601

Tabla 3.1.1: Circuito con resistencia.

Del registro de datos se obtuvo el siguiente grfico:

Grfico 3.1.1: Circuito con resistencia.

Se calcul la pendiente m de la funcin obtenida, que representa la resistencia del circuito:

Se observ que la pendiente calculada es muy cercana al valor terico de la resistencia (100 ), por lo que se considera que se cumple la Ley de Ohm.

3.2 Circuito con diodo

Se realiz un circuito conectando la fuente de voltaje a un diodo (LED) y a un medidor de corriente por medio de cables de conexin. Cuando la corriente pasa por los cables, la luz LED se enciende. Se hizo variar la corriente elctrica entre 0 y 6 , registrando los valores de la intensidad de la corriente en la siguiente tabla:

Voltaje [V]Intensidad [A]

00

10

20,00109

30,00711

40,01326

50,0194

60,02551

Tabla 3.2.1: Circuito con diodo.

De los valores obtenidos, se realiz el siguiente grfico:Grfico 3.2.1: Circuito con diodo.

La pendiente m de la curva del grfico anterior, representa la resistencia del circuito, que en este caso es de 150 (LED):

3.3 Circuito carga y descarga del condensador

Para realizar este circuito, se conect el voltmetro en paralelo con el condensador, y se registr el voltaje en funcin del tiempo, el que se muestra en la primera parte del grfico 3. En la segunda parte ste, se registr la descarga del condensador en funcin del tiempo.

Grfico 3.3.1: Circuito carga y descarga del condensador.

4. Anlisis de resultados

4.1 Circuito con resistencia

Se puede ver claramente en el grfico 1, como ste es de tendencia lineal y creciente. Como es lineal se comprueba la ley de ohm y se tiene lo siguiente:

La resistencia terica es igual a 100 y por otro lado se tiene que la resistencia emprica ser igual a la pendiente de la recta del grfico 1. Notar que las variables del grfico 1 son Intensidad en funcin del Voltaje y no Voltaje en funcin de Intensidad por lo tanto corresponde al inverso multiplicativo de la pendiente:

Entonces se puede comparar la resistencia terica con la resistencia experimental, dando un error de:

4.2 Circuito con diodo

El grfico 2 es de carcter no lineal y creciente, por lo tanto no se cumple la ley de Ohm y no se puede relacionar la resistencia con la pendiente de la ecuacin del grfico 2.Esto es correcto y esperable dado que el diodo es un material no hmico o de resistencia no constante (ese es el motivo por el cual su grfica no es una recta).

4.3 Circuito carga y descarga con condensador

El grfico 3 es de voltaje en funcin del tiempo, se puede observar como existen 2 tendencias distintas en el grfico.De 0 a 16 segundos se produce la carga del condensador, se puede ver como esta parte la tendencia es exponencial inversa y adems se hace una asntota en alrededor 4,35 [V].De 16 a 36 segundos se produce la descarga del condensador, esta parte es de tendencia exponencial natural.Notar que el cambio entre la carga y descarga se produce cuando el voltaje es 4,35 [V], este voltaje corresponde al voltaje fuente, por eso es el mismo para la carga y descarga.

5. Conclusiones

Recordar que tanto las variables del grfico 1 como del grfico 2 son Intensidad en funcin del Voltaje y no Voltaje en funcin de Intensidad.

5.1 Circuito con resistenciaEl grfico 1 dio la siguiente ecuacin emprica:

Se comprueba la ley de Ohm para la resistencia, elemento lineal y resistencia constante, as se pudo obtener que:

Al compararlo con la resistencia terica da un error de:

5.2 Circuito con diodo

El grfico 2 dio la siguiente ecuacin emprica:

No se cumple la ley de Ohm, se comprueba que el diodo es un material no lineal, con resistencia no constante.5.3 Circuito con condensador

Del grfico 3 se concluye que el cambio entre la carga y descarga se produce cuando el voltaje es 4,35 [V], este voltaje corresponde al voltaje fuente usado, por eso es el mismo para la carga y descarga.

Con respecto al anlisis del error este puede ser por varios factores, uno de ellos son los errores instrumentales (fuente de poder, multiester, etc.).Otro factor son los errores aleatorios que en este caso sera principalmente dado por las cifras significativas y por un posible mal uso.Como ltimo factor son los errores sistemticos que en este caso seran principalmente dado por el voltmetro y los cables no ideales que se usaron que nunca tendrn un 100% de conductividad y siempre ejercern una resistencia.