Instituto Tecnológico De Costa Rica

Escuela de Ingeniería Electromecánica

Laboratorio de Electricidad I (MI-2202)

RESISTENCIA EN CONDUCTORES METALICOS

Informe N°2

Integrantes:

Sergio Jiménez Navarro 201048920

Kevin Brenes Valverde 201115139

Andrés Montero Alvarado 201281265

Iván Segura Rivera 201139848

Cartago, 20 de Marzo del 2013

1

Índice

Objetivos..............................................................................................................................3

Materiales y equipo............................................................................................................3

Procedimiento.....................................................................................................................3

Resultados Teóricos Y Experimentales..........................................................................4

Circuito Bombilla Incandescente..................................................................................4

Circuito Resistencia 100Ω.............................................................................................5

Datos de resistencias y longitudes a diferentes materiales......................................6

Cálculo de resistividad experimental a diferentes longitudes...............................7

Discusión de resultados....................................................................................................9

Circuito: Bombilla Incandescente.................................................................................9

Circuito Resistencia 100Ω.............................................................................................9

Valores de resistencias y longitudes a diferentes materiales.................................10

Conclusiones.....................................................................................................................10

Anexos............................................................................................................................... 11

Trabajo previo............................................................................................................... 11

Nomenclatura....................................................................................................................14

Bibliografía.........................................................................................................................14

2

Objetivos

Observar mediante medición de tensión y corriente cómo influye la temperatura

sobre el valor de la resistencia.

Medir cómo la longitud y el área transversal de un conductor modifican su

resistencia.

Materiales y equipo

1 socket para bombillos incandescentes.

1 bombillo incandescente.

1 resistencia de 100Ω en 12W.

1 multímetro digital.

1 mili ohmímetro electrónico.

6 tablas de alambre de diversos materiales y grosores.

6 cables conectores pequeños y medianos.

Procedimiento

1. Se arman los circuitos de la figura 1, y utilizando la Ley de Ohm en cada caso, se

calcula la resistencia eléctrica de la carga para 5 distintos valores de voltaje. En cada

caso se grafican y explican los resultados.

Figura 1.Circuitos para medición de resistencia

3

2. Se mide la resistencia a distintos tramos de alambres de diferentes materiales,

calibres y longitudes y se deduce como los datos obtenidos se relacionan con la

resistividad y conductividad en cada caso. Se compara lo obtenido con la información

encontrada en el trabajo previo y se explica el origen de las diferencias.

3. Se grafican en un mismo diagrama las curvas de resistencia versus longitud para cada

material y grosor estudiado.

Resultados Teóricos Y Experimentales

Circuito Bombilla Incandescente

Tabla 1. Datos experimentales de voltajes y corriente de bombilla incandescente. *

Medida Voltaje (V) Corriente (A) Resistencia (Ω)

1 20,1 0,24 83,75

2 29,7 0,29 102,41

3 39,7 0,34 116,76

4 50,2 0,39 128,72

5 60,2 0,42 143,33

6 80,6 0,5 161,2

*Los datos de la tabla 1 fueron realizados con un multímetro digital

4

Circuito Resistencia 100Ω

Tabla 2. Datos experimentales de voltaje y corriente de la resistencia de 100 Ω en

12W. *

Medida Voltaje (V) Corriente (A) Resistencia (Ω)

1 20,3 0,2 101,5

2 30,4 0,3 101,3

3 40,7 0,4 101,75

4 50 0,48 104,16

5 60,4 0,57 105,96

6 80,3 0,72 111,52

*Los datos de la tabla #2 fueron realizados con un multímetro digital

20 30 40 50 60 70 80 900.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Grafico 1. Datos CORRIENTE VS VOLTAJE de una bombi-lla incandescente

Voltaje (V)

Corr

ient

e (A

)

5

19 27 35 43 51 59 67 75 830.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Gráfico 2. Datos CORRIENTE VS VOLTAJE de resis-tencia de 100 Ω en 12 W

Voltaje (V)

Corr

ient

e (I)

Datos de resistencias y longitudes a diferentes materiales

Tabla 3. Datos experimentales de resistencias a diferentes longitudes empleadas en

diferentes materiales.*

Longitud (m) Hierro Galvanizado

De 1.19 mm

Escala (2 Ω)

Cobre

De 0,77mm

Escala (2 Ω)

Nicromo

De 1 mm

Escala (20 Ω)

1 0,117 0,037 1,36

2 0,238 0,076 2,75

3 0,360 0,116 4,15

4 0,481 0,155 5,55

5 0,604 0,195 6,96

10 1,211 0,368 13,99

*Los datos de la tabla 3 fueron realizados con un mili ohmímetro electrónico

6

Cálculo de resistividad experimental a diferentes longitudes

ρ=R∗Al

Hierro galvanizado:

ρ1 = 0.117Ωx π x ¿¿= 1.30x10-7 (Ω•m)

ρ2 = 1.32x10-7 (Ω•m)

ρ3 = 1.33x10-7 (Ω•m)

ρ4 = 1.34x10-7 (Ω•m)

ρ5 = 1.34x10-7 (Ω•m)

ρ10 = 1.35x10-7 (Ω•m)

Promedio resistividad experimental:

1.34 x 10−7=¿ (Ω•m)

% error=|ρT−ρ E|ρT

∗100=|(1.96 x 10−7)−(1.34 x10−7)|

1.96 x10−7 ∗100= 31,63%

Cobre:

ρ1 = 0.037Ωx4.30 x 10−7m2

1m= 1.59x10-8(Ω•m)

ρ2 = 1,63x10-8(Ω•m)

ρ3 = 1.66x10-8 (Ω•m)

ρ4 = 1.67 x10-8 (Ω•m)

ρ5 = 1.68 x10-8 (Ω•m)

ρ10 = 1.58 x10-8 (Ω•m)

Promedio resistividad experimental:

1.64 x 10−8 (Ω•m)

% error=|ρT−ρ E|ρT

∗100=|(1,71 x10−8)−(1,64 x 10−8)|

1,71 x10−8 ∗100= 4,09%

7

Nicromo:

ρ1 = 1,36 x π (2,5x 10−7 )mm

1= 1,07x10-6 (Ω•m)

ρ2 = 1,09x10-6 (Ω•m)

ρ3 = 1,09x10-6 (Ω•m)

ρ4 = 1,09x10-6 (Ω•m)

ρ5 = 1,9x10-6 (Ω•m)

ρ10 = 1,10x10-6 (Ω•m)

Promedio resistividad experimental:

1.95 x10−6¿Ω•m)

% error=|ρT−ρ E|ρT

∗100=|(150 x10−8 )−(195 x10−8 )|

150 x10−8 ∗100=30%

8

0 2 4 6 8 100

2

4

6

8

10

12

14

G ráf ico 3. datos resistencia vs longitud de mate -r iales ut i l iz ados en clase

Hierro GalvanizadoCobreNicromo

Longitud (m)

Re

sist

en

cia

(Ω

)

Discusión de resultados

Circuito: Bombilla Incandescente

Se armó un circuito con un bombillo conectado en serie a una fuente de voltaje, luego de

esto se fueron incrementando los valores de voltaje entre 20 V y 80 V para observar lo

que sucedía con los valores de corriente y resistencia. Se observó que conforme se

aumentaba el voltaje entregado por la fuente, la corriente que fluía por el bombillo iba

incrementando también, además de su luminosidad pero a diferencia del voltaje que fue

aumentando generalmente en valores de 10 V, la corriente aumentaba poco, alrededor de

6 A – 8 A. Conforme se aumentaba el voltaje en la fuente, aumentaba la corriente y de

igual forma la temperatura del bombillo, y al calcular la resistencia en el bombillo por

medio de la Ley de Ohm utilizando los valores de voltaje y corriente observados, se

denotó que la resistencia iba aumentando de igual forma, en valores de alrededor de 15 Ω

– 18 Ω.

Por tanto es de notar que lo investigado en el trabajo previo, acerca de que la resistencia

en un conductor aumenta conforme aumenta la temperatura, se cumple. Para el caso del

bombillo esto se debe a que cuando la corriente entra a este y la temperatura empieza a

aumentar, la resistencia aumenta también para que la corriente se estabilice, y el exceso

de corriente que pasa por el filamento del bombillo (que por lo general es de Tungsteno)

se disipe en forma de luz y calor. Si la resistencia en el bombillo no aumentara conforme

aumenta la temperatura en este, entonces la corriente no encontraría mayor oposición en

su paso y aumentaría sin control provocando que se rompa el filamento.

Circuito Resistencia 100Ω

Al utilizar 5 valores distintos de voltaje se observa cambios en la resistencia; mediante se

aumenta el voltaje la resistencia también aumenta. Esto se puede comprobar con la ley de

ohm y al analizar el grafico #2 se visualiza que conforme aumenta el voltaje aumenta la

resistencia. También se logra observar un calentamiento en la resistencia el cual no se

debe de dar debido a que se excede la capacidad máxima de la resistencia (100Ω), como

se aprecia en el grafico #2, y por el paso de una corriente eléctrica lo cual produce un

calentamiento en ella. Si se excede la capacidad máxima de una resistencia esta puede

colapsar.

9

Valores de resistencias y longitudes a diferentes materiales

Como se conoce del trabajo previo del laboratorio uno en el cuál se investiga sobre los

principales materiales en la fabricación de resistencia se muestra que la cantidad de

níquel presente en un material es directamente proporcional a su resistividad, por este

motivo, se observa en el experimento realizado que el nicromo el cuál es una aleación

80% níquel y 20% cromo es el material con mayores valores de resistencia y resistividad

dentro de los utilizados tal y como se demuestra en el gráfico número 3. Como es de

saberse la resistividad o resistencia es la fuerza que se opone al paso de carga por un

material determinado mientras que la conductividad es la facilidad de un cuerpo u objeto

al flujo de una carga a través de sí esto convierte al nicromo en el material con el menor

valor de conductividad de los tres utilizados en el experimento descrito en el informe

anterior, los datos de conductividad y resistividad de los materiales utilizados se muestran

en el siguiente cuadro.

Tabla 4. Datos teóricos de Resistividad y Conductividad eléctrica en diferentes

materiales.

METAL Resistividad Eléctrica

(20 C -25 C) (Ωm)

Conductividad Eléctrica

(20-25) C S/m

NICROMO 150 x 10-8 9,09 × 105

COBRE 1,71 x 10-8 5,96 × 107

HIERRO 9,71 x 10-8 1,53 × 107

Conclusiones

Al darse un aumento en la tensión del circuito produce que los valores de la

resistencia aumenten, por consiguiente la corriente también. De acuerdo al

propósito del bombillo se entrega energía lumínica y calorífica, aumentando

acorde al voltaje suministrado.

La longitud y el área transversal del conductor influyen en el valor de resistencia,

ya que teniendo mayor longitud y menor área este será un valor pequeño.

Mientras si aumentamos el área y disminuimos el largo obtenemos valores altos.

10

Anexos

Trabajo previo

1. Investigue por qué la temperatura afecta la resistencia de un conductor.

La resistencia de un conductor metálico aumenta al aumentar la temperatura. Dicho

aumento depende de la elevación de la temperatura y del coeficiente térmico de

resistividad.

2. ¿Cómo afecta la frecuencia la capacidad de conducción de un metal?

En el caso de que la onda aplicada sea senoidal, corriente alterna (CA), a bajas

frecuencias se observa que una resistencia real se comportar de forma muy similar a

como lo haría en CC (parecida a una resistencia ideal), siendo despreciables las

diferencias. En altas frecuencias el comportamiento es diferente, aumentando en la

medida en la que aumenta la frecuencia aplicada, lo que se explica fundamentalmente por

los efectos inductivos que producen los materiales que conforman la resistencia real.

3. Investigue sobre la conductividad eléctrica del agua. ¿Es un medio conductor o

aislante?

Agua pura es un buen conductor de la electricidad. El agua destilada ordinaria en

equilibrio con dióxido de carbono en el aire tiene una conductividad aproximadamente de

10 x 10-6 W-1*m-1 (20 dS/m). Debido a que la corriente eléctrica se transporta por medio de

iones en solución, la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de iones.

De tal manera, que la conductividad cuando el agua disuelve compuestos iónicos.

Conductividad en distintos tipos de aguas:

Agua Ultra Pura 5.5 · 10-6 S/m

Agua potable 0.005 – 0.05 S/m

Agua del mar 5 S/m

Podríamos llamar al agua que entre más puro mejor conductor y viceversa.

11

4. Liste la resistividad eléctrica del oro, cobre, hierro, plomo, estaño, zinc y

nicromo. Compare éstos datos con sus respectivas conductividades. ¿Analice

qué relación existe entre ambos parámetros?

METAL Resistividad Eléctrica

(en 20 C-25 C)(Ω.m)

Conductividad Eléctrica

(20-25)C (S/m)

ORO 2,35 x 10-8 4,55 × 107

COBRE 1,71 x 10-8 5,96 × 107

HIERRO 9,71 x 10-8 1,53 × 107

PLOMO 5,65 x 10- ---------

ESTAÑO 11,50 x 10-8 ---------

ZINC 10,60 x 10-8 ---------

NICROMO 150 x 10-8 9,09 × 105

5. Investigue que es un dieléctrico y describa las características de cinco tipos

distintos. ¿Por qué la forma constructiva incide en la capacidad de aislamiento?

Un dieléctrico es aquel que es aislante desde el punto de vista eléctrico. No tiene

electrones libres, aunque sí que puede haber un campo eléctrico en estado estacionario.

Entonces se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad.

Tipos:

Vidrio: El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se

encuentra en la naturaleza aunque también puede ser producido por el hombre; se

obtiene por fusión a unos 1.500 °C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio

(Na2CO3) y caliza (CaCO3).

Cerámica: La mayoría de los materiales cerámicos no son conductores de cargas

móviles, por lo que no son conductores de electricidad. Esto se debe a que los

enlaces iónico y covalente restringen la movilidad iónica y electrónica, es decir,

son buenos aislantes eléctricos.

Goma: La goma es una sustancia resinosa con un alto peso molecular,

estructuralmente muy compleja, siempre con carácter ácido. Es sólida, aunque su

consistencia varía según su procedencia y las condiciones a las que se somete.

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Porcelana: Es lo que se conoce como cerámica blanda o tierna que es blanca,

compacta, ligera y traslúcida; utilizada también como material para recubrir o

conformar piezas para el uso de aislante eléctrico.

Mica: Las particulares características de elasticidad, flexibilidad y resistencia al

calor de las láminas, al agua, hacen que constituyan un material para la industria

debido a sus propiedades como aislantes eléctricos y térmicos. La mica se utiliza

en aplicaciones de alta responsabilidad como aislamiento de máquinas de alta

tensión y gran potencia, turbogeneradores, motores eléctricos, y algunos tipos de

condensadores.

Dependiendo de la aplicación del dieléctrico es la forma de construcción y diseño de la

misma, tiene que cumplir con características especiales para que cumpla con su objetivo.

6. ¿En qué unidades se mide el calibre de los conductores eléctricos?

La unidad más común de medida es la AWG (American Wire Gauge); se mide en circular

mil, Kcmil, MCM para conductores de gran tamaño.

7. ¿En qué consiste el proceso de galvanizado del hierro y cuál es su función?

Investigue cómo afecta este proceso a la capacidad de conducción del hierro.

El galvanizado o galvanización es el proceso electroquímico por el cual se puede cubrir un

metal con otro. La función del galvanizado es proteger la superficie del metal sobre el cual

se realiza el proceso.

8. Describa las propiedades eléctricas del óxido de hierro.

El óxido de hierro (III) no conduce la electricidad debido a la localización electrónica que

existe en el centro metálico. Se impide la formación de bandas de conducción. Puede

darse semiconducción si se dan fenómenos de no estequiometria.

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Nomenclatura

ρ :Resistividad

R :Resistencia

V :Voltaje

l :Longitud

A : Area

I :Corriente

Ω :Ohmios

Bibliografía

Boylestad, R. (2011). Introducción al análisis de circuitos (12ed) México:

Pearson Educación ; Prentice Hall.

Durbin., S., Kemmerly , J. & Hayt, W. (2007). Análisis de circuitos en ingeniería

(7ed.) México: McGraw Hill.

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