Circuitos simples y ley de Ohm.

ObjetivosAprender a manejar instrumentos eléctricos de frecuente uso. Comprobar la ley de Ohm. Determinar la resistencia de un alambre y la resistividad del material.

PrecaucionesTan importante como efectuar mediciones exactas y conectar adecuadamente los elementos constituyentes de un circuito, es realizar el trabajo en condiciones de seguridad. Por ello, en clases antes de conectar un circuito debe solicitar al profesor que lo revise.

Los equipos pueden reponerse, las personas no.Los efectos de una descarga eléctrica en el cuerpo humano dependen de la intensidad de corriente que atraviesa el cuerpo sometido a dicha descarga. Si bien cualquier corriente de intensidad mayor que 0.005 Ampéres (0.005 A = 5 mA) puede producir una descarga entre dolorosa y grave, las intensidades de corriente entre 0.1 y 0.2 A son letales.La intensidad de corriente que circula por un cuerpo depende del voltaje aplicado y de la resistencia del cuerpo entre los puntos de contacto. La resistencia del cuerpo humano depende de los puntos de contacto (mano-pie, mano-mano, etc.), de las condiciones de la piel (húmeda o seca) y de su protección (suela de los zapatos, etc.). La resistencia que opone el cuerpo humano al paso de la corriente puede variar entre unos 1000 para piel húmeda, hasta unos 500000 si está muy seca y gruesa. Si una persona recibe una descarga eléctrica, debe cortarse la corriente o retirar a la víctima lo antes posible sin tocarla directamente.Si la víctima está inconsciente y hay detención de la respiración, debe practicársele respiración artificial inmediatamente, hasta que llegue auxilio médico.

Información preliminarHay dos tipos de corriente, continua y alterna. En circuitos de corriente continua (CC o DC en inglés) las cargas eléctricas fluyen en un solo sentido. La CC se indica en diagramas de circuito e instrumentos con el signo -, o bien indicando los polos + y -. La proporcionan por ejemplo baterías y pilas (símbolo:- + ).En la corriente alterna (CA o AC en inglés) la polaridad cambia continuamente. Las cargas eléctricas fluyen por lo tanto alternadamente en uno y otro sentido. En los instrumentos se señala con ~. Ejemplo de ella, es la suministrada por la red de alumbrado público, cuyo voltaje efectivo es de aproximadamente 220 V y su frecuencia de 50 Hz.Los instrumentos que pueden conectarse a circuitos de CA o de CC llevan impreso el símbolo ~.

Instrumentos de medición A. Multímetros, multitester o testerSon dispositivos de medida con un instrumento básico, llaves de cambio, resistencias, rectificadores y otros que permiten, luego de una ubicación adecuada de los diferentes controles, medir corrientes, voltajes, resistencias (corrientes y voltajes tanto de CC o de CA). Una observación cuidadosa del instrumento, le permitirá utilizarlo sin dificultades. Precauciones para su conexión al circuito:

Medidas de seguridad Al conectarlo como voltímetro debe hacerlo siempre en paralelo. Al conectarlo como amperímetro debe conectarlo en serie. Para medir resistencias debe conectarlo sólo a la resistencia (aislada del circuito) que desea medir. Seleccione CC o CA, según el tipo de señal que esté midiendo. Seleccione en su tester siempre la escala más alta de la función que va a medir. Es decir, asegúrese siempre de elegir la escala máxima de medida al empezar a medir. Nunca mida si el valor de la función pudiera ser mayor que el rango más alto de su tester para esa función. A continuación, si el valor de su medición está comprendido dentro de un rango menor de la función señalada en el instrumento, puede obtener una mayor resolución en su medición pasando a esa escala inferior. No toque conductores desnudos (no aislados).

B. Amperímetro

Símbolo en circuitos: Sirve para medir la intensidad de corriente eléctrica (también llamada corriente) que circula por una rama de un circuito. Para ello, es necesario interrumpir la rama del circuito en la cual se desea medir la corriente e intercalar ahí el amperímetro. Con ello se obliga a la corriente de la rama a circular por el amperímetro. Este tipo de conexión se llama en serie, es decir, un elemento a continuación del otro. En la Fig. 1 se señala la conexión de un amperímetro para medir la intensidad de la corriente que circula por la resistencia R1.Un amperímetro ideal debería tener una resistencia interna RA nula, para que la corriente que circula por el circuito no disminuya al conectarlo. En la práctica ello se logra utilizando amperímetros cuya RA sea despreciable en relación a las otras resistencias involucradas en el circuito.

Fig. 1 Fig. 2

C. Voltímetro

Símbolo en diagramas de circuito: Sirve para medir diferencias de potencial (voltaje o tensión) entre dos puntos de un circuito. Para ello, es necesario conectar los bornes del voltímetro a los puntos del circuito cuya diferencia de potencial se desea medir. A este tipo de conexión se le llama en paralelo, pues la corriente pasa simultáneamente por el circuito y por el voltímetro. En la Fig. 2 se señala la conexión del voltímetro para medir simultáneamente la diferencia de potencial entre los bornes de las resistencias R1 y R2 y de la batería.Un voltímetro ideal debería tener una resistencia RV infinita, para que la corriente que circula por el circuito original no se altere al conectarlo. En la práctica, ello se logra utilizando voltímetros cuya

V

A

1R 2R V1R 2RA

resistencia RV es mucho mayor que la resistencia del circuito en el cual se mide la diferencia de potencial.

Trabajo experimental.

I) Objetivo: Conocer qué materiales son conductores y cuáles no lo son.En el tablero de conexiones, monte un circuito con una ampolleta de 6V, 3W , algunos puentes, un interruptor y una fuente de alimentación de 6V. Retire un puente y reemplácelo en forma sucesiva por diferentes materiales, sujetos a las pinzas cocodrilo.Observe en cada caso la ampolleta y anote su observación.

II) Objetivo: Verificación de la ley de Ohm y determinación del material del cual está hecho el alambre, cuya resistencia y resistividad han de determinarse.

Aplique distintas diferencias de potencial entre los extremos de un alambre y mida la diferencia de potencial, V, aplicada y la intensidad de corriente, I, que circula por ella. Con los valores obtenidos en sus mediciones grafique V versus I.

Determine la relación matemática entre V e I y enúnciela en palabras. La constante de proporcionalidad de la expresión matemática recientemente obtenida recibe el nombre de resistencia. Determine su valor numérico en unidades MKS ().

A partir del valor obtenido para la resistencia calcule la resistividad () del material del cual está hecho el alambre.

Sabiendo que el alambre utilizado por usted es cobre, fierro, constantán o nicrom y que la resistividad de estos materiales a temperaturas próximas a la ambiental es:cobre = 1.7 x 10-8 mfierro = 10 x 10-8 mconstantán = 49 x 10-8 mnicrom = 100 x 10-8 mDetermine el material del cual está hecho el alambre.

A

V