1. Fundamento Terico.Corriente elctricaLa corriente o intensidad
elctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un
material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior
del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en
C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. El
instrumento usado para medir la intensidad de la corriente elctrica
es el galvanmetro que, calibrado en amperios, se llama ampermetro,
colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea
medir.
Conduccin elctricaUn material conductor posee gran cantidad de
electrones libres, por lo que es posible el paso de la electricidad
a travs del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el
material, no se puede decir que pertenezcan a algn tomo
determinado.Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando
una carga neta se transporta desde ese lugar a otro en dicha regin.
Supongamos que la carga se mueve a travs de un alambre. Si la carga
q se transporta a travs de una seccin transversal dada del alambre,
en un tiempo t, entonces la intensidad de corriente I, a travs del
alambre es:
Aqu q est dada en culombios, t en segundos, e I en amperios. Por
lo cual, la equivalencia es: Si la intensidad permanece constante,
en cuyo caso se denota Im, utilizando incrementos finitos de tiempo
se puede definir como: Si la intensidad es variable la frmula
anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de
tiempo considerado.
ResistenciaLa resistencia elctrica de un objeto es una medida de
su oposicin al paso de corriente. La resistencia de cualquier
objeto depende nicamente de su geometra y de su resistividad, por
geometra se entiende a la longitud y el rea del objeto mientras que
la resistividad es un parmetro que depende del material del objeto
y de la temperatura a la cual se encuentra sometido. Esto significa
que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor
que se mantendr constante. Adems, de acuerdo con la ley de Ohm
establece que la intensidad elctrica que circula entre dos puntos
de un circuito elctrico es directamente proporcional a la tensin
elctrica entre dichos puntos, existiendo una constante de
proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante de
proporcionalidad es la conductancia elctrica, que es inversa a la
resistencia elctrica.La ecuacin matemtica que describe esta relacin
es:
Donde, I es la corriente que pasa a travs del objeto en
amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del
objeto en voltios, G es la conductancia en siemens y R es la
resistencia en ohmios ().
DIODO Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que
permite la circulacin de la corriente elctrica a travs de l en un
solo sentido. Este trmino generalmente se usa para referirse al
diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta de una
pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales
elctricos. El diodo de vaco (que actualmente ya no se usa, excepto
para tecnologas de alta potencia) es un tubo de vaco con dos
electrodos: una lmina como nodo, y un ctodo.
De forma simplificada, la curva caracterstica de un diodo (I-V)
consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de
potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por
encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia
elctrica muy pequea. Debido a este comportamiento, se les suele
denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de
suprimir la parte negativa de cualquier seal, como paso inicial
para convertir una corriente alterna en corriente continua. Como se
puede apreciar en la figura 2.c: I aumenta de forma exponencial con
el incremento de V; para potenciales negativos, la corriente es
extremadamente pequea. As, una diferencia de potencial positiva V
ocasiona que la corriente fluya en la direccin positiva, pero una
diferencia de potencial negativa origina poca o ninguna
corriente.
ResistoresSon dispositivos electrnicos que poseen un valor
especfico de resistencia. Segn el material del cual estn hechos
pueden ser: Resistores de alambre: alambre de nicromo enrollado
alrededor de un ncleo aislante. Resistores de carbn: Se construyen
de carbn o de grafito granulado que se encierra en un tubo de
plstico endurecido.Adems existen resistores que pueden varan el
valor de su resistencia, estos se denominan resistencia variable.
Potencimetro: cuando se conecta en serie a un circuito elctrico,
mediante este es posible regular el voltaje. Restato: Se conecta en
paralelo a un circuito elctrico de tal manera que regula la
corriente que pasa por l.
2. Objetivos. Realizar la medicin de voltaje y corriente a travs
de distintos elementos resistivos, para as obtener las graficas
corriente - voltaje de estos elementos y estudiar sus
caractersticas. Comprobar si los elementos resistivos cumplen con
la ley de Ohm.
3. Metologia.3.1. Equipos y materiales: Una fuente de corriente
continua (6V)
Un restato que es utilizado como potencimetro
Un ampermetro de 0 1 A
Un voltmetro de 0 10 V
Una caja con tres elementos y dos resistencias de valores
dados
Ocho cables Un transformador 220/6V, 60 Hz
3.2. Procedimiento experimentalDeterminacin de las curvas
corriente voltaje usando voltmetro y ampermetro Identifique en la
caja de cinco elementos, los elementos incgnita cuyas curvas
caractersticas nos proponemos investigar: E1, E2 Y E3. Observe
tambin que hay una resistencia de 1 y una de 100 . En esta primera
parte se usaran solo E1, E2 Y E3. Arme el circuito como se muestra
en la figura y regulando la fuente para que entregue 6V. Gire el
cursor del restato a fin de que el voltaje medido sea nulo. Conecte
los puntos a y b a la lmpara E1 a fin de averiguar el
comportamiento de la resistencia de su filamento. Varia el cursor
del restato para medir la intensidad de corriente que circula por
el filamento del foquito cuando la diferencia de potencial va de 0
a 6V. Repetir los pasos anteriores para la resistencia de carbn
(E2) Repita los pasos 4 y 5 para el diodo (E3) pero teniendo
cuidado de no pasar de 0.9, ya que el diodo se quema. Obtener los
datos de voltaje para corriente que varan de 0.01 hasta 0.9 A.
4. Resultados.4.1. Grafique I = f(V) con los valores obtenidos
en los pasos 4, 5, 6 y 7 Para el diodo.Segn la tabla de datos,
obtenida en el laboratorio
Tenemos el siguiente grfico I = f(V)
FIGURA 3: Grfica I=f (V). Puede observarse que la ley de OHM
(I/V = constante) aparentemente no se cumple para todo el trayecto
de la grfica, ya que la pendiente se desva demasiado para un
voltaje superior a 0,7 V (vase el grfico).
Para el foco Voltaje aplicado (En voltios)Corriente(En
Amperios)
00
10.14
20.2
2.50.23
30.25
3.50.28
40.3
4.50.32
50.34
60.38
Resistencia del carbnVOLTAJECORRIENTE
0.00.00
1.00.02
2.00.04
2.50.05
3.00.06
3.50.07
4.00.08
4.50.09
5.00.10
6.00.12
4.2. En cul de los elementos se cumple la ley de OHM y en cuales
no? Explique su respuesta. diodoEn el Diodo: NO se cumple la ley de
OHM para todo el trayecto. Segn la grfica 3, para un voltaje que
este entre el intervalo de , el sistema podra considerarse como un
circuito casi abierto (pasa una pequea cantidad de corriente), ya
que el valor de la pendiente en el grfico (I/V=1/R=pendiente), es
muy pequeo, esto es consecuencia de que el valor de la
resistencia(R) es muy grande, haciendo que, valga la redundancia,
el factor 1/R (pendiente) sea pequeo.
Para el intervalo de el valor de 1/R (pendiente) se hace muy
grande, debido a que el valor de la resistencia(R) se ha hecho muy
pequeo. De esto decimos que para dicho intervalo, el sistema se
comporta como un circuito cerrado.
Foco En el caso del foco se cumple aproximadamente la ley de ohm
dado que los datos obtenidos fueron ajustados a una recta por lo
tanto la resistencia seria la pendiente de dicha recta. Resistencia
del carbono Para la resistencia del carbn si se cumple la ley de
Ohm ya que en la grfica V vs I se muestra una recta cuya pendiente
es la resistencia del material.
4.3. Para una resistencia de 0,8 voltios, halle las resistencias
de los 3 elementos Para el diodoSegn la ecuacin ajustada por mnimos
cuadrados (Potencial)
Donde Y= I (intensidad de corriente) y X = V (voltaje)La
derivada de la ecuacin, nos da el valor de la pendiente (1/R)dI/dV
= 1/R = 387.43962 (V)10.796Reemplazamos V = 0,81/R = 387.43962 x
(0.8)10.7961/R = 34.83080643 R = 0.02871 ohm para el focoDe la
ecuacin de la recta I=f (v)
Para un voltaje de 0.8 v
Dado que la ordenada (y) es la corriente por lo tanto la
resistencia para 0.8 v llegara a ser R= 5.594 Resistencia al
carbonI=0.02VPara V=0.8:I=0.02X0.8=0.016 AR=V/I= 0.8/0.016R=50
4.4. En los casos en que la curva I vs V obtenida en el
osciloscopio sea una recta, determine la pendiente de la recta y
por lo tanto la resistencia del elemento. Compare con los valores
obtenidos manualmente usando voltimetro y ampermetro. Para el foco
El caso del foco si surge una recta en el osciloscopio dado que se
aproxima a la ley de ohm por los tanto la resistencia llega a ser
la pendiente de dicha ecuacin
R= 0.0474 El caso de la resistencia tambin la grafica es una
recta, entonces la pendiente de la ecuacion es la resistencia.R=
0.02
4.5. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje
crtico a partir del cual comienza a conducir. Cul es ese
valorSabiendo que el voltaje crtico (cambio de circuito abierto a
uno cerrado), se da aproximadamente cuando el valor de la pendiente
vale 1 (ngulo de 45), donde se da un mayor pronunciamiento de la
curva, entonces:De la ecuacindI/dV = 1/R =387.43962(V)10.7961/R = 1
= 387.43962 (V) 10.796Despejando V, obtenemos el valor del voltaje
crtico (de ruptura)V = 0.575788 voltios
5. Discusin de resultados5.1. Para el diodo Un diodo se comporta
como un circuito abierto por debajo de una diferencia de potencial,
y sobre este, como un circuito cerrado. Dicha diferencia de
potencial es 0.575788 voltios El valor de la resistencia es
variable, en todo el trayecto La ecuacin que ms se asemeja al
comportamiento de los puntos obtenidos en el laboratorio es una
funcin potencia, igual a I = 32.845(V)11.7965.2. Para el foco En el
foco llegamos a observar que a medida que el voltaje creca la luz
cada vez se haca ms intensa. El restato como una resistencia
variable (es por ello que controla la diferencia de potencial de
salida) se calienta y emite calor al exterior debido al efecto
joule es por ello que se recomienda no utilizar este circuito por
largos periodos. La diferencia en cada medicin de la corriente con
el ampermetro era casi constante
6. Conclusiones Para el diodo De forma simplificada, la curva
caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo
de ciertadiferencia de potencial, se comporta como un circuito
abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado
con unaresistencia elctricamuy pequea. Debido a este
comportamiento, se les suele denominarrectificadores, ya que son
dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier
seal, como paso inicial para convertir unacorriente
alternaencorriente continua. Su principio de funcionamiento est
basado en los experimentos deLee De Forest.
Para el foco El voltaje suministrado y la corriente varan
directamente proporcional a una constante y esa constante es la
resistencia. El foco es un material hmico y la curva que muestra es
lineal tal como se haba visto en la teora.
Para la resistencia La resistencia del carbn es un material
hmico y la curva que muestra es una recta tal como se ha visto en
la prctica.
Bibliografa
Serway, Raymond A. Fsica, Tomo II, cuarta edicin, 1999. Pginas:
773-782. Asmat, Humberto, Fsica General III 5ta edicin, Universidad
Nacional de Ingeniera. Sears, F.; Zemansky, M.; Young, H.;
Freedman, R.: Fisica Universitaria. Volumen II. Undcima edicin:
Mxico. Pearson ed. 2004.Pginas: 943-953.