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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

CURSO: FÍSICA III INFORME:

Nº03

TÍTULO DEL TEMA:

CURVAS

CARACTERÍSTICAS VOLTAJE-CORRIENTE FECHA:

24/04/2018

DATOS PERSONALES: APELLIDOS Saravia Saravia Pérez La Rosa Lizetti Vargas

NOMBRES Eddy Alessandro Fabrizio Martin Piero Alexander

CÓDIGO 20172034E 20170234G 20172095D

SECCIÓN D

TÍTULO

2018

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ÍNDICE TÍTULO

1

FUNDAMENTO TEÓRICO

2

DIFERENCIA DE POTENCIAL E INTENSIDAD DE CORRIENTE

2

CURVA CARACTERÍSTICA DE UN CONDUCTOR Y CONCEPTO DE RESISTENCIA

2

PROCEDIMIENTO

4

MATERIALES DEL EXPERIMENTO:

4

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

5

Primera parte: Determinación de las curvas usando voltímetro y amperímetro.

5

Segunda parte: Observación de las curvas características usando el osciloscopio.

5

HOJA DE DATOS

7

CÁLCULOS Y RESULTADOS

8

CONCLUSIONES

10

RECOMENDACIONES

10

BIBLIOGRAFÍA

10

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FUNDAMENTO TEÓRICO DIFERENCIA DE POTENCIAL E INTENSIDAD DE CORRIENTE En un conductor el movimiento de cargas eléctricas es consecuencia de la existencia de una tensión eléctrica entre sus extremos. Por ello la intensidad de corriente que circula por el conductor y la tensión o diferencia de potencial deben estar relacionadas. Otros fenómenos de la física presentan una cierta semejanza con la conducción eléctrica; así el flujo de calor entre dos puntos depende de la diferencia de temperaturas entre ellos y la velocidad de caída de un cuerpo por un plano inclinado es función de la diferencia de alturas. Ese tipo de analogías, y en particular la relativa a la conducción del calor, sirvió de punto de partida al físico alemán Georg Simon Ohm (1787-1854) para investigar la conducción eléctrica en los metales. En 1826 llegó a establecer que en los conductores metálicos el cociente entre la diferencia de potencial entre sus extremos y la intensidad de corriente que lo atraviesa es una cantidad constante, o en otros términos, que ambas magnitudes son directamente proporcionales. Esta relación de proporcionalidad directa entre tensión e intensidad recibe el nombre de ley de Ohm. Representando la tensión eléctrica por 𝑉 y no por 𝑉𝑉, la ley de Ohm se puede escribir en la forma: 𝑉 = 𝑉. 𝑉 Donde G es una constante característica de cada conductor que recibe el nombre de conductancia.

CURVA CARACTERÍSTICA DE UN CONDUCTOR Y CONCEPTO DE RESISTENCIA Se denomina curva característica I vs. V de un conductor a la línea que se obtiene cuando se representa gráficamente la variación de la intensidad de corriente (I) que atraviesa un conductor con la diferencia de potencial o tensión (V) aplicada entre sus extremos. Su forma es característica de cada conductor, de ahí su nombre. La determinación experimental de una curva característica se efectúa mediante un montaje que permita aplicar a los extremos de un conductor cualquiera una tensión variable y que a la vez haga posible la medida tanto de la tensión aplicada como de la intensidad de corriente que constituye la respuesta del conductor. Algunas curvas características I vs. V son lineales, lo que equivale a decir que en sus conductores correspondientes ambas magnitudes eléctricas son directamente proporcionales. Esto es lo que viene a establecer la ley de Ohm para los conductores metálicos. En la curva característica I vs. V de un conductor metálico la pendiente de la gráfica coincide con la constante de G que, de acuerdo con su definición, constituye una

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medida de la aptitud para la conducción eléctrica del cuerpo considerado. Cuanto mayor sea G, mayor será la inclinación de la característica I vs. V y, por tanto, mayor la intensidad que circulará por el conductor para una misma diferencia de potencial. La inversa de la conductancia (G) se denomina resistencia eléctrica y se representa por la letra R: 𝑉 = 1/𝑉 Desde un punto de vista físico, la resistencia (R) de un conductor constituye una medida de la oposición que presenta éste al paso de la corriente eléctrica. En los metales los electrones han de moverse a través de los átomos de la estructura cristalina del propio metal. Tales obstáculos al movimiento libre de las cargas contribuyen, en su conjunto, al valor de la resistencia R. La expresión que relaciona el voltaje y la intensidad de corriente eléctrica puede escribirse, haciendo intervenir a la resistencia, en la forma: 𝑉 = 𝑉. 𝑉 Que constituye la expresión más conocida de la ley de Ohm. A partir de la ecuación anterior se define el ohm (Ω) como unidad de resistencia eléctrica en la forma: 1 𝑉𝑉𝑉 (𝑉) = 1 𝑉𝑉𝑉𝑉 (𝑉)/1 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 (𝑉) El hecho experimentalmente observado de que no todos los conductores posean características I vs V rectilíneas indica que no todos cumplen la ley de Ohm. Es ésta, por tanto, una ley de carácter restringido que sólo puede aplicarse a cierto tipo de conductores llamados óhmicos. En los no óhmicos la resistencia no tiene un valor constante, sino que éste depende de la intensidad de corriente que fluye por el conductor.

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PROCEDIMIENTO MATERIALES DEL EXPERIMENTO: Fig. 1. Fuente de corriente continua (6V)

Fig. 2. Reóstato

Fig. 3. Amperímetro

Fig. 4. Voltímetro

Fig. 5. Caja con resistencias

Fig. 6. Ocho cables

Fig. 7. Osciloscopio de dos canales de 25 MHz, Elenco S1325

Fig. 8. Transformador 220/6 V, 60Hz

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Primera parte: Determinación de las curvas usando voltímetro y amperímetro. 1. Primero calibramos el voltímetro en la escala de 6 V, quedándonos una razón de: 1 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑉𝑉 𝑉𝑉 𝑉𝑉𝑉𝑉í𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 → 0.503 𝑉 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

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2. Armamos el circuito mostrado en la Fig. 9 y regulamos la fuente de corriente para que entregue 6 V. Fig. 9.

3. En el circuito montado giramos el cursor del reóstato a fin de que la tensión sea nula. 4. Variamos el cursor del reóstato para medir la intensidad de corriente que circula por el filamento del foco cuando la diferencia de potencial es de 1 V. 5. Repetimos el paso anterior para 2, 3, 4, 5, 6, 7,8 y 9 V. 6. Procedimos a medir los voltajes para el diodo a partir de las lecturas del amperímetro, pero con el cuidado de no pasar de 0.9 A, ya que para este valor de intensidad de corriente el diodo se quema.

Segunda parte: Observación de las curvas características usando el osciloscopio. 1. Se usó el transformador 220/6 V para ensamblar el circuito de la Fig. 10. En este caso R es la resistencia conocida de 1 W. Colocamos el control 21 del osciloscopio CHA para observar la dependencia respecto del tiempo del voltaje a través del filamento del foco. Fig. 10.

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2. Usamos el osciloscopio en el modo XY. Se observó la dependencia I vs V para el filamento del foco. 3. Finalmente armamos el equipo de la Fig. 11 para estudiar las curvas características en el diodo de unión. Fig. 11.

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HOJA DE DATOS

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CÁLCULOS Y RESULTADOS 1. Grafique I=f (V) con los valores obtenidos en los pasos 4,5, 6 y 7. Tabla 1. Lecturas del filamento de foco. Voltaje Int. de corriente 0.503 0.88 1.006 0.108 1.509 0.148 2.012 0.161 2.515 0.188 3.018 0.194 3.521 0.223 4.024 0.24 4.527 0.257

Fig. 12. Gráfica I vs. V del filamento de foco.

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Tabla 1. Lecturas del diodo. Voltaje Int. de corriente 0.503 0 0.629 0.1 0.629 0.26 0.629 0.49 0.629 0.64 0.629 0.76 0.629 0.88

Fig. 13. Gráfica I vs. V del diodo de unión.

2. ¿En cual de los elementos se cumple la ley de Ohm y en cuales no? Se observa que se cumple la ley de Ohm en el filamento de foco, ya que su gráfica es aproximadamente una línea y su resistencia sería constante. 3. Para una diferencia de 0,8 voltios, halle las resistencias de los tres elementos. En el filamento de foco la resistencia sería la inversa de la pendiente de su gráfica: 25 Ω. En el diodo no se pudo obtener datos más precisos de la intensidad con respecto al voltaje, por lo cual no se puede hallar la resistencia del objeto. 4. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje crítico a partir del cual comienza a conducir, ¿cuál es ese voltaje critico? Se puede observar que el diodo empieza a conducir aproximadamente a 0,5 V por lo tanto este sería el voltaje crítico. Fig.14 Gráfica de V vs. t del filamento de foco.

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Fig. 15 Relación V vs I para el diodo de unión.

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CONCLUSIONES A través de las curvas características de diferentes elementos se puede calcular la resistencia de dichos elementos, en especial de los materiales óhmicos. El filamento de foco puede ser tratado como un material óhmico ya que la gráfica se ajusta a una forma lineal. El diodo no es un material óhmico ya que las gráficas muestran curvas no lineales, por lo que la dependencia entre la intensidad y el voltaje no es proporcional, ya que su resistencia varía conforme varía la intensidad de corriente. En el diodo, al pasar el voltaje umbral, comienza a variar la intensidad de corriente y el voltaje con una razón de resistencia alta.

RECOMENDACIONES Prestar atención al armar los circuitos, ya que un mal armado puede llevar a perder tiempo o quemar materiales. Tener mucho cuidado con el manejo del diodo ya que la intensidad de corriente varía muy rápido y es posible llegar a quemarlo si supera la intensidad de corriente límite.

BIBLIOGRAFÍA SERWAY. Física .Tomo II EDITORIAL McGraw Hill .Tercera Edición. México, 1993.pp.756, 757,758. G. Cortez, J. Caro, G Castillo, Prácticas de Laboratorio de Física, edición 2009, Perú, p.p. 116-119. https://www.fisicanet.com.ar/fisica/electrodinamica/ap13_ley_de_ohm.php

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