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Experiencia 1: Ley de Ohm

Objetivo

Estudiar empíricamente la relación existente entre el voltaje aplicado a un conductor y la corriente eléctrica que circula como resultado de la aplicación del mismo.

Equipamiento

- Computador PC con interfaz PASCO

- Amplificador de Potencia, PASCO CI-6502

- Circuito RLC, PASCO CI-6512

- Conectores

- Programa Data Studio

Teoría

La Ley de Ohm establece una relación entre voltaje, $LaTeX: V$, aplicado a un conductor y corriente, $LaTeX: I$, circulando a través del mismo.

$LaTeX: V=I \cdot R$ (1)

De acuerdo con la Ec. (1), la relación entre $LaTeX: I$ y $LaTeX: V$ es lineal y está caracterizada por una constante llamada Resistencia $LaTeX: (R)$. Un conductor que satisface esta relación es llamado óhmico. Existen conductores en que no se satisface esta relación debido a cambios en la resistencia por efectos asociados a la circulación de la corriente, por ejemplo: efectos térmicos.

Las dos formas básicas de conectar dos conductores de resistencias $LaTeX: R_1$ y $LaTeX: R_2$ son en serie (comparten uno de sus extremos) y en paralelo (comparten ambos extremos). En la figura 1 se muestra el diagrama de un circuito cerrado alimentado por una pila que entrega un voltaje constante, en ambas configuraciones. Este circuito tendrá una resistencia equivalente que corresponde a la "unión" de ambas resistencias y se calcula diferente para cada caso:

a) En serie $LaTeX: R_E=R_1+R_2$ (2)

b) En paralelo $LaTeX: R_E=\frac{1}{\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}}$ (3)

Figura 1: Diagrama de 2 resistencias conectadas en serie y en paralelo.

Montaje Experimental

Conecte el Amplificador de Potencia en el Canal Análogo A de la interfaz sin encenderlo y arme el circuito que muestra la figura 1. El experimento consiste de dos partes:

- Voltaje y corriente en una resistencia de $LaTeX: 10 \Omega$

- Voltaje y corriente en una ampolleta de $LaTeX: 7.5 V$

- Conecte la resistencia de $LaTeX: 10 \Omega$ como muestra en la figura 2.

Figura 2: Diagrama del montaje experimental.

Parte A: Resistencia

1. Ejecute el programa Data Studio. Encienda el Amplificador de Potencia.
2. Ajuste la salida para que la amplitud, forma de onda y frecuencia, sean lasadecuadas para este experimento. Para ello, siga el siguiente procedimiento :

   a) Seleccione del menú de sensores el Amplificador de Potencia. Este será conectado en uno de los canales.

   b) Haga doble clic en el icono y aparecerá una ventana de Generador de Señales, en ella seleccione en la Amplitud, $LaTeX: 3 V$ y en la frecuencia $LaTeX: 0.1 Hz$.

   c) Seleccione la señal de onda triangular y luego presione el botón Auto. Cierre la ventana.

-NOTA: En caso de que NO disponga del Amplificador de Potencia. La alimentación se reemplaza activando Salida de Señal y seleccionando los mismos valores de amplitud y frecuencia. Asegúrese de seleccionar Corriente de Salida en Mediciones.

3. Grafique voltaje v/s tiempo (V v/s t) y voltaje v/s corriente (V v/s I)

4. Luego presione START (Inicio) para iniciar el proceso de recolección de datos, y STOP (Detener) para terminar. Recuerde SIEMPRE guardar y respaldar sus datos.

5. Para realizar un ajuste lineal de los datos ir al lado inferior izquierdo del gráfico y presionar Fit (ajustar) y seleccione Lineal Fit (Ajuste Lineal).

6. Mida la pendiente de la recta ajustada con su respectivo error.

7. Conecte las resistencias de $LaTeX: 33 \Omega$ y $LaTeX: 100 \Omega$ en SERIE como muestra la figura 3 y calcule la resistencia equivalente a partir del gráfico y compare con el valor teórico utilizando la ecuación 2.

8. Conecte las resistencias de $LaTeX: 33 \Omega$ y $LaTeX: 100 \Omega$ en PARALELO como muestra la figura 3. Calcule la resistencia equivalente a partir del gráfico y compare con el valor teórico utilizando la ecuación 3.

Figura 3: Resistencias de $LaTeX: 33 \Omega$ y $LaTeX: 100 \Omega$ conectadas en paralelo (izquierda) y en serie (derecha). Para la conexión en paralelo utilzar un cable extra entre los terminales de ambas resistencias (cable de conectores redondos). .

Análisis de Datos

Estas son preguntas referentes a los resultados de los experimentos. Les servirán de guía para redactar la sección de análisis y conclusiones del informe.

• ¿Qué representa físicamente la pendiente del gráfico V v/s I ?
• ¿Se comportan las resistencias como dispositivos “óhmicos”?
• ¿Cómo se comparan porcentualmente los valores obtendios teóricamente (de fábrica) y experimentalmente (valor de las pendientes) para cada caso?
• ¿Cuál es la resistencia de los cables conectores?
• ¿De qué parámetros depende la resistencia?

Parte B: Ampolleta

1. Reemplace la conexión a la resistencia por una conexión a la ampolleta de $LaTeX: 7.5 V$.
2. Repita el procedimiento de la PARTE A hasta el paso 6 para obtene los gráficos V v/s t y V v/s I .
3. A partir del gráfico para la ampolleta, estime su resistencia cuando está “fría” y cuando está “caliente”.

Análisis de Datos

Estas son preguntas referentes a los resultados de los experimentos. Les servirán de guía para redactar la sección de análisis y conclusiones del informe.

• ¿Se comporta la ampolleta como un dispositivo “óhmico”?
• ¿Para qué voltajes la ampolleta está más caliente?
• ¿Cómo se relacionan su temperatura con su brillo?
• ¿Por qué se observa una curva distinta la primera vez que se calienta y enfría?
• ¿Qué sucede con el transporte de electrones en el conductor cuando se calienta?