LEY DE OHM

Physics Labs with Computers. PASCO. Actividad Práctica 48.Teacher’s Guide Volumen 2. Pág. 119. Student Workbook Volumen 2. Pág. 35

EQUIPOS REQUERIDOS:

Tablero Electrónico AC/DC Resistencia de 10 ohmios Alambre conductor de 10 pulgadas Bombillo de 3 voltios Cables de red

OBJETIVOS:

Al finalizar la práctica, el estudiante debe estar en la capacidad de:* Utilizar la salida de la interface para suministrar voltaje a un circuito eléctrico.* Medir y graficar el voltaje de salida y la corriente a través de un resistor ohmnico, utilizando el Programa de Data Studio. * Medir y graficar el voltaje de salida y la corriente a través de un resistor no ohmnico, utilizando el Programa de Data Studio.

TEORÍA

Ohm descubrió que cuando el voltaje (diferencia de potencial) a través de una resistencia cambia, la corriente que circula por la resistencia también varía. El expresó eso como:

I = V / R

donde I es la intensidad de la corriente, V es el voltaje (diferencia de potencial), y R es la resistencia. La corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. En otras palabras, cuando el voltaje aumenta, también lo hace la corriente. La constante de proporcionalidad es el valor de la resistencia. Dado que la corriente es inversamente proporcional a la resistencia, a medida que la resistencia aumenta, la corriente disminuye.

Un resistor es “óhmnico” si al incrementarse el voltaje la resistencia se incrementa, un gráfico de voltaje versus corriente muestra una línea recta (indicando una resistencia constante). La pendiente de la línea es el valor de la resistencia. Un resistor es “no óhmnico” si el gráfico de voltaje versus corriente no es una línea recta. Por ejemplo, si la resistencia cambia a medida que el voltaje varía, el gráfico de voltaje versus corriente debería ser una curva con cambio de pendiente.

Para ciertos resistores, el valor de su resistencia no cambia sensiblemente. Sin embargo, para un bombillo, la resistencia de los filamentos cambiará cuando se calienta y cuando se enfría. A altas frecuencias de Corriente Alterna, el filamento no tiene tiempo de enfriarse, por lo que se mantiene en un valor casi constante de temperatura y la resistencia se mantiene relativamente constante. A bajas frecuencias de Corriente Alterna (por ejemplo, menos de 1 Hertz), el filamento tiene tiempo

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para cambiar su temperatura. En consecuencia, la resistencia del filamento cambia drásticamente y la variación de la corriente a través del filamento es interesante observarla.

En la primera parte de esta actividad, se investigará la relación entre la corriente y el voltaje en un resistor de diez ohmnios (Ω) de resistencia. En la segunda parte, se investigará la relación entre la corriente y el voltaje en el filamento de un bombillo pequeño.

PARTE IA: CONFIGURACIÓN DEL COMPUTADOR (RESISTOR DE 10 OHMS).

1. Conecte la interface del ScienceWorkshop al computador, encienda la interface y encienda el computador.

2. Conecte los cables de red tipo banana en los puertos de salida de la interface.

3. En la pantalla principal, haga un click en Data Studio para abrir el archivo, a continuación aparecen cuatro opciones, escoja “Crear Experimento” y realice un doble click.

Puede visualizarse en la pantalla del computador una fotografía del Scienceworkshop. Haga un click en la salida de la interface y automáticamente aparecerá la pantalla del Generador de Señal.

Salida de la interface

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GENERADORDE

SEÑAL

En el Generador de Señal, deben realizarse diversos ajustes: Seleccionar una onda de tipo triangular, Amplitud pico de la onda en 3,000 Voltios; Frecuencia de 60,000 Hertz y una Frecuencia de muestreo de 5000 Hertz. Realizar un click en mediciones y frecuencia, activar los íconos de “Medir voltaje de salida” y “Medir corriente de salida”.

PARTE IIA: CONFIGURACIÓN DEL EQUIPO – PARA EL RESISTOR DE 10 OHMS.

• No es necesario calibrar el sensor, ya que en esta actividad, la interface es el sensor.

1. Coloque un resistor de 10 ohms en el par de resortes mas cercanos a las tomas en forma de banana, en la esquina derecha e inferior del Tablero Electrónico AC/DC.

2. Conecte los cables de red tipo banana que salen de los puertos de la interface en las tomas en forma de banana del Tablero Electrónico AC/DC.

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PARTE IIIA: TOMA DE DATOS – RESISTOR DE 10 OHMS.

1. En la parte inferior e izquierda de la pantalla, haga un click en “Gráfico”, el programa le permite escoger el tipo de gráfico que usted desea visualizar. Para este caso, escoja el gráfico de Voltaje de Salida y aparecerá Voltaje (V) versus tiempo (T). Como el objetivo es medir Voltaje versus Intensidad de Corriente; haga un click en la parte superior de la pantalla, donde dice “Corriente de Salida” y arrastre con el mouse hasta el eje horizontal de su gráfico.

Corriente de Salida

Gráfico

De esta manera, el gráfico anterior será sustituido por un gráfico de Voltaje de Salida versus Corriente de Salida.

2. Inicie el registro de datos dándole un click al botón de “Inicio” que está en la parte superior de la pantalla. Observar el rastro de tensión vs corriente que se forma durante unos segundos y luego detenga la medición de datos; haciendo un click en el botón “Detener” (que está en el mismo lugar donde antes decía Inicio). Para observar mejor el gráfico, seleccione el ícono “Optimizar Escala” (en la parte superior del gráfico) y automáticamente el programa adecúa los ejes a los datos del experimento.

3. Determine la resistencia del resistor. En el gráfico de Voltaje vs. Corriente, utilice el cursor para hacer click y dibujar un rectángulo en torno a una región que sea relativamente recta.Haga un click en el ícono “Ajustar” (en la parte superior del gráfico) y seleccione ajuste lineal, el programa muestra la recta de ajuste, cuya pendiente representa el valor de la Resistencia del resistor.

Resistencia (resistor de 10 Ω) = __________ voltios/amperios

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Optimizar escala Herramienta de AjustePARTE IB: CONFIGURACIÓN DEL COMPUTADOR. (BOMBILLO).

Cambie la amplitud y la frecuencia de la onda de salida de CA. Haga click en la ventana del generador de señales para que se active. Realice los siguientes ajustes: Coloque una Amplitud pico de la onda en 2,500 Voltios y una Frecuencia de 10,000 Hertz. Se continúa trabajando con una onda triangular y con una Frecuencia de muestreo de 5000 Hertz. Verifique que estén activos los íconos de “Medir voltaje de salida” y “Medir corriente de salida”.

PARTE IIB. CONFIGURACIÓN DEL TABLERO PARA EL BOMBILLO.

1. Retire la resistencia anterior de los resortes del Tablero Electrónico AC/DC.

2. Utilice dos de los alambres de 10" y conéctelos entre las tomas en forma de banana del Tablero Electrónico AC/DC y el componente por encima y por debajo de los resortes de 3 Voltios, como se muestra en la figura.

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PARTE IIIB: TOMA DE DATOS. FILAMENTO DEL BOMBILLO.

La toma de datos se realizará de la misma manera como se hizo para la resistencia de 10 ohms. Recuerde dar un click en gráfico y hacer el arrastre para obtener en pantalla el gráfico de Voltaje de Salida versus Corriente de Salida. Realizar un click en Inicio para comenzar el registro de datos. Observe en pantalla el gráfico de voltaje versus corriente del filamento del bombillo. Espere unos segundos y luego detenga la medición de datos. Observe que a medida que se grafica la figura, el bombillo prende y apaga en diversos instantes de tiempo. Ajuste la escala si es necesario. En pantalla, debe aparecer una figura como la que se muestra a continuación:

Seleccione un tramo de la curva con un recuadro, luego haga un click con el botón derecho del mouse para obtener las coordenadas en varios puntos de la gráfica. Divida el voltaje entre la corriente en cada punto.

POST-LABORATORIO

¿Cómo es la relación entre la corriente y el voltaje en una resistencia simple?

¿Cómo es la relación entre la corriente y el voltaje en el filamento de un bombillo incandescente?

Preguntas:

1. Compare la pendiente del gráfico de voltaje versus corriente con el valor de resistencia del resistor utilizado.2. El resistor que usted utilizó, ¿tiene un valor de resistencia constante?3. ¿El filamento del bombillo tiene un valor de resistencia constante? (relación constante de voltaje y corriente). Explique.

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4. La pendiente de la grafica de la bombilla no es simétrica. ¿Por qué la gráfica cuando el filamento se está calentando es diferente a la gráfica cuando se está enfriando?.