lab no 2 - ley de ohm y resistividad electrica 2015-iii
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Electricidad y Magnetismo
Laboratorio Nº 2: Ley de Ohm y resistividad eléctrica Página 1
LEY DE OHM Y RESISTIVIDAD ELÉCTRICA
I. LOGROS
Verificar experimentalmente la ley de Ohm.
Medir resistencias eléctricas usando voltajes y corrientes.
Determinar la resistividad de un conductor óhmico.
II. PRINCIPIOS TEÓRICOS
La corriente eléctrica se define como la carga neta que fluye a través de un área
de sección transversal por unidad de tiempo. Es decir, si una carga neta fluye
a través de un segmento de conductor de área en un tiempo , como se
muestra en la figura 1, entonces la corriente es:
(1)
siendo la unidad de la corriente en el SI el Ampere : .
Figura 1. Segmento de conductor por el cual fluye una carga neta.
Los portadores de carga de la figura 1, se desplazan muy lentamente con una
velocidad ⃗ llamada velocidad de desplazamiento. Además, por convención se
toma como sentido de la corriente, el mismo sentido del flujo de cargas positivas.
LABORATORIO Nº 2
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En la figura 2 se muestra el segmento de conductor con sección transversal
uniforme y de longitud , en el que se aplica una diferencia de potencial entre
sus extremos estableciendo un campo eléctrico ⃗⃗, y produciendo este campo una
corriente .
Figura 2. Segmento de conductor en la cual se aplica una diferencia de potencial entre sus
extremos.
La ley de Ohm, establece que la intensidad de corriente que circula en un
conductor es proporcional a la diferencia de potencial que existe entre los
extremos del conductor. Experimentalmente se conoce que la constante de
proporcionalidad es , y en forma matemática la ley de Ohm la podemos
expresar como:
(2)
donde es la resistencia del conductor. También, esta resistencia es proporcional
a la longitud del alambre conductor e inversamente proporcional al área
transversal :
(3)
siendo la constante de proporcionalidad llamada resistividad del material
conductor, la cual brinda información de la oposición del conductor al paso de la
corriente, dependiendo únicamente de las propiedades del material y de la
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temperatura, y no de la forma del material. La unidad de la resistencia en el SI
es el ohm y de la resistividad el ohm-metro .
Para un conductor que obedece la ley de Ohm (ecuación 2), la gráfica es
una línea recta, como se muestra en la figura 3.a, y su pendiente toma el valor
de , conociéndose a este tipo de conductor como conductor óhmico. Caso
contrario de los llamados conductores no óhmicos, donde la gráfica no es
lineal, es decir, no se cumple la ley de Ohm (figura 3.b).
Figura 3. Gráficas de en función de . (a) Para un conductor óhmico, es proporcional a .
(b) Para un conductor no óhmico, la relación de y es no lineal.
Es importante recalcar que en realidad la “ley” de Ohm no es una ley fundamental
de la naturaleza, sino una descripción empírica válida únicamente para los
llamados materiales óhmicos.
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III. PARTE EXPERIMENTAL
a) Materiales y Equipos:
Una (01) fuente de poder regulable de 0 a 12 V.
Un (01) voltímetro digital (Sanwa).
Un (01) amperímetro digital (Prasek).
Un (01) tablero de conexiones (Protoboard).
Siete (07) puentes de conexión.
Una (01) porta muestra para alambre conductor.
Tres (03) cables conductores rojos.
Tres (03) cables conductores negros.
Dos (02) resistores de 100 y 47 .
Un (01) interruptor 0 – 1 (switch off/on).
Alambre Nicromel (diámetro = 0,25 mm / a
temperatura ambiente de 20 °C).
Un (01) tomacorriente.
Una (01) regla (alcance máx.: / lect. mín.: ).
Un (01) canuto de hilo.
b) Procedimiento:
Parte 1: Resistor de
1. Ajuste la fuente a una fem de 2 , tomando como referencia la lectura
que indica el voltímetro y arme el circuito tal como se muestra en la
figura 4. Inicialmente, el interruptor debe estar abierto, es decir, en 0
(Off).
2. Cierre el interruptor del circuito y mida con el voltímetro la diferencia
de potencial entre los terminales del resistor como se indica en la figura
4. Registre este valor en la tabla 1.
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3. Use el amperímetro para medir la corriente que circula en el circuito y
regístrelo en la tabla 1 (recuerde que la conexión del amperímetro debe ser
una conexión en serie respecto al resistor).
Figura 4. (a) Circuito eléctrico para el resistor de . (b) Sistema experimental.
4. Desactive el circuito y repita los procedimientos de (1) a (3) para los
distintos valores de fem que se muestran en la tabla 1.
Parte 2: Resistor de
5. Arme el circuito de la figura 4, reemplazando el resistor de por
el de y repita los procedimientos desde (1) hasta (4), registrando
los valores de e en la tabla 2.
Parte 3: Resistencia y resistividad del alambre de Nicromel
6. Mida la longitud del alambre de Nicromel que se encuentra enrollado en
la porta muestra (use hilo y regla).
7. Arme el circuito que se muestra en la figura 5, donde es la resistencia
del alambre de Nicromel, y repita los procedimientos desde (1) hasta (4),
registrando los valores de e en la tabla 3.
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Figura 5. (a) Circuito eléctrico para el alambre de Nicromel de resistencia . (b) Sistema
experimental.
c) Actividad:
1. Para cada ensayo realizado, obtenga el valor experimental de la resistencia
usando la ecuación (2). Registre estos datos en la tabla 1, tabla 2 y
tabla 3 según correspondan.
2. Para el resistor de (valor referencial) correspondiente a la tabla
1, calcule el error relativo porcentual para cada ensayo. Registre
estos valores en la tabla 1.
3. Para el resistor de (valor referencial) correspondiente a la tabla
2, calcule el para cada ensayo. Registre estos valores en la tabla 2.
4. Calcule experimentalmente la resistividad usando la ecuación (3) para
cada ensayo de la tabla 3, registrando estos valores en dicha tabla,
sabiendo que el diámetro del alambre de Nicromel es de y
la longitud es la medida obtenida con el procedimiento (6).
5. Calcule el de la resistividad del alambre de Nicromel, sabiendo
que la resistividad referencial es de .
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IV. RESULTADOS
Los datos obtenidos regístrelo en la tabla 1, tabla 2 y tabla 3.
Tabla 1. Datos experimentales para
2
4
6
8
10
Tabla 2. Datos experimentales para
2
4
6
8
10
Tabla 3. Datos experimentales para el alambre de Nicromel de
2
4
6
8
10
Autor: Fís. Oscar Vivanco V.