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Curvas Caracteristicas-voltaje Corriente


Enviado por   •  17 de Julio de 2014  •  2.534 Palabras (11 Páginas)  •  2.374 Visitas

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CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE CORRIENTE

OBJETIVOS:

 Obtener las graficas corriente voltaje de elementos resistivos y estudiar sus características.

 Verificar si los materiales usados cumplen con la ley de Ohm. Y decir cuales de ellos no.

 Hallar la resistencia de los cuerpos dada las graficas I vs V dada una determinada diferencia de potencial.

EQUIPO:

 Una fuente de corriente continua (6V).

 Un reostato para utilizarlo como potenciómetro.

 Un amperímetro de 0-1A

 UN voltímetro de 0-10V

 Una caja con tres elementos para obtener características y dos resistencias de valores dados.

 Ocho cables.

 Hojas de papel milimetrado

 Un osciloscopio de dos canales de 25 Mhz

 Un transformador 220/6V, 60 Hz.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Las cargas en los conductores pueden moverse con cierta libertad. La corriente eléctrica constituye un movimiento continuado de las cargas libres. La cantidad de carga que circula por un conductor en la unidad de tiempo es la intensidad de corriente. Los responsables de mantener la corriente en un circuito eléctrico son los generadores eléctricos, los cuales suministran al circuito la energía precisa para ello. La ley de Ohm aporta algunas relaciones que facilitan el estudio científico de la corriente eléctrica.

La característica esencial de los conductores, sean éstos sólidos, líquidos o gaseosos, consiste en que disponen de partículas cargadas que pueden moverse con bastante libertad bajo la acción de campos eléctricos. Así, cuando se conecta un alambre conductor a los bornes de una pila los electrones libres del conductor

fluyen a través de el atraídos por el polo positivo de la pila, a la vez que otros electrones entran al conductor por el polo negativo.

Debido al voltaje de la pila los electrones fluyen a través del conductor.

+ electrones

-

electrones

+ corriente convencional

- corriente convencional

Definición de corriente eléctrica

Si los extremos de un alambre se conectan a una batería, se establece un campo eléctrico en todos los puntos dentro del alambre. Este campo actuará sobre los electrones y les dará un movimiento resultante en la dirección de - . Decimos que ha establecido una corriente eléctrica i, si pasa una carga neta q por una sección transversal cualquiera del conductor en el tiempo t, la corriente, inicialmente supuesta como constante, es:

+ -

sección recta

Si la velocidad de flujo de carga no es constante al transcurrir el tiempo, la corriente variará con el tiempo, y está dada por el límite diferencial de la ecuación anterior:

La ley de Ohm

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, como es habitual en electrocinética, la tensión eléctrica por V y no por V, la ley de Ohm se puede escribir en la forma:

I = G • V (10.2)

donde G es una constante característica de cada conductor que recibe el nombre de conductancia.

Curva característica de un conductor – Concepto de resistencia

Se denomina curva característica I-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-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-V de un conductor metálico la pendiente de la gráfica coincide con la constante de proporcionalidad G que, de acuerdo con su definición, constituye una medida de la aptitud para la conducción eléctrica del cuerpo considerado. Cuanto mayor sea G, mayor será la inclinación de la característica I-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:

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 (10.2) puede escribirse, haciendo intervenir a la resistencia, en la forma:

V = I • R (10.3)

que constituye la expresión más conocida de la ley de Ohm.

A partir de la ecuación anterior se define el ohm () como unidad de resistencia eléctrica en la forma:

El hecho experimentalmente observado de que no todos los conductores posean características I-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 tensión que se aplique entre los extremos del conductor.

PROCEDIMIENTO

Primera Parte:

1. Identifique en la caja de 5 elementos, los elementos incógnitas cuyas características nos proponemos investigar: E1, E2 y E3. Observe también que hay una resistencia de 1 y una de 100. En esta primera parte se usaran sólo E1, E2 y E3.

2. Arme el circuito como se muestra en la figura 1 y regule la fuente para que entregue 6V.

3. Gire el cursor del potenciómetro a fin de que la tensión de salida sea nula.

4. Conecte los puntos “a”y “b” a la lámpara (E1) a fin de averiguar el comportamiento de la resistencia de su filamento.

5. Varíe 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 voltio. Sugerencia: Emplear en el voltímetro una escala de 5 ó 6 V.

6. Mida el valor de la corriente cuando la diferencia de potencial es 2, 3, 4, 5 y 6 V.

7. Repetir los pasos 4, 5 y 6 para la resistencia de carbón (E2).

8. Repita los pasos 4, 5 y 6 para el diodo (E3) pero teniendo cuidado de no pasar de 0.9 A (SE QUEMA). Obtenga los datos del voltaje para corrientes de 0,0; 0,1; 0,2;.....0,9 A.

I. Segunda Parte: Observación de las curvas características I vs V usando el osciloscopio

NOTA: Para hacer esta parte del experimento se supone que el estudiante ha realizado previamente el experimento 20 de este manual.

9. Usando el transformador de 220/6V , ensamble el circuito dela figura 2. En este caso R es la resistencia conocida de 1. Coloque el control 21 del osciloscopio en CHA (Figura 5 del experimento 20)observar la dependencia respecto del tiempo del voltaje a través del filamento del foco. Coloque el control 21 en CHB para observar la dependencia (respecto del tiempo) de la corriente a través del filamento del foco.

10. Use el osciloscopio en el modo XY, es decir, control 30 en la posición “adentro”, 24 en CHA y 21 en CHB. El control 16 debe estar en posición “afuera”. Observara la dependencia I vs V para el filamento del foco.

11. Monte el circuito de la figura 3 par estudiar la curva característica I vs V de la resistencia de carbón. En este circuito R es el elemento E2.

Establezca el circuito de la figura 4 para estudiar la curva característica I vs V de un diodo de unión (E3).

CALCULOS Y RESULTADOS

1. Grafique I=f(V), para cada elemento, con los valores obtenidos en los pasos 4, 5, 6 y 7

VOLTAJE(V) CORRIENTE(A)

0,5 0,09

1 0,13

1,5 0,15

2 0,17

3 0,19

4 0,21

VOLTAJE(V) CORRIENTE(A)

0,5 0,005

0,75 0,0075

0,8 0,008

1 0,01

1,5 0,015

2 0,02

2,5 0,025

3 0,03

3,5 0,035

4 0,04

VOLTAJE(V) CORIENTE(A)

0 0

0,65 0,1

0,73 0,2

0,79 0,3

0,81 0,4

0,82 0,5

0,83 0,6

0,835 0,7

0,84 0,8

0,843 0,9

2. ¿En cuál de los elementos se cumple la ley de Ohm y en cuáles no?. Explique su respuesta.

De los gráficos podemos decir que la ley de Ohm se cumple para el carbón dado que su gráfica es aproximadamente una recta, lo que no ocurre para los gráficos del foco y el diodo.

Ahora si notamos las características de cada uno de estos materiales, el carbón es un conductor no metal cuya grafica intensidad vs voltaje tiende a ser una recta que debe pasar por el origen ya que cuando V=0 entonces I=0, pero si hacemos la regresión cuadrática a una función lineal ésta nos sale una recta que pasa cerca del origen. Ahora en el caso del foquito se nota que su temperatura no es constante; cuando aumenta el voltaje, la intensidad aumenta y su temperatura también lo que hace que su intensidad aumente pero no de la forma lineal como en el caso anterior. Ahora para el diodo, este es un dispositivo que tiene una resistencia finita y comienza a pasar corriente a un determinado valor.

3. Para una diferencia de 0,8 voltios, halle la resistencia de los tres elementos

Para hallar los valores de la resistencia en cada uno de los casos para un voltaje igual a 0,8 voltios tenemos que hallar las respectivas intensidades, a través de los gráficos y por interpolación de los valores.

Para el FOCO: La intensidad de corriente aproximada es de 0,079 amperios entonces el valor de la resistencia es de 10.127

Para el CARBON: La intensidad de corriente aproximada es de 0,416 amperios entonces el valor de la resistencia es de 1.923

Para el DIODO: Según nuestra experiencia para intensidades mayores que 0.9 amperios el voltaje se mantenía en un mismo valor que era de 0.75 voltios por lo cual no podemos hallar la resistencia del diodo para 0.8 voltios.

4. En el o 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 voltímetro y amperímetro

Como el único elemento que cumple con la ley de Ohm fue el carbón, ya que se obtuvo una recta, hallamos la pendiente de esta recta.

Hallando la ecuación de la recta por la regresión de mínimos cuadrados esta nos sale I = 0.5079V+0.0011 lo cual nos indica que la pendiente de la recta es de aproximadamente 0.5079. Este resultado es la conductividad eléctrica, es por eso que la resistencia del carbón esta dado por : 1/0.5079= 1.9681.97 y comparándolo con el valor obtenido experimentalmente con el amperímetro y el voltímetro notamos que son aproximadamente iguales.

5. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje critico del cual comienza a conducir. ¿Cuál es ese valor?

En el caso del diodo se observo que empezaba a conducir a partir de un de un determinado valor el cual sería un voltaje mínimo necesario para que la corriente logre vencer esa resistencia y fue de aproximadamente 0.42 voltios lo que se aprecia en las respectivas gráficas.

6. Escriba sus conclusiones y/o comentarios.

 Para armar el circuito de la figura 1 del manual, tuvimos que analizar como colocar los cables del amperímetro y voltímetro de manera que el primero este en serie y el segundo en paralelo, pues de otra forma no marcarían un valor correcto. Además el elemento que posee una resistencia tenía que estar en serie.

 Según el manual teníamos que usar una escala de 5 ó 6 V, pero en nuestro caso no se podía, pues cuando tratábamos de usarlo no nos permitía medir correctamente los valores debido a que la aguja no alcanzaba en la escala.

 La primera instalación, no se observaba que pasaba corriente, por lo que invertimos la polaridad.

 Para armar los circuitos de las figuras 3 y 4, cambiamos sólo la lámpara por los demás elementos que deseábamos analizar.

 Con ayuda del osciloscopio podíamos obtener las curvas características I vs V de cada elemento desconocido. Cuando colocábamos el control 21 en CHA, se observaba la dependencia respecto del tiempo del voltaje a través del elemento. Cuando colocábamos el control 21 en CHB podíamos observar la dependencia de la corriente respecto del tiempo. Cuando nos pasábamos al modo XY, con el control 30 en la posición “adentro”, 24 en CHA y 21 en CHB, observábamos la dependencia de I vs V para el elemento.

 Tuvimos mucho cuidado al usar el transformador pues se calentaba con rapidez y en el ambiente se proliferaba un olor a quemado.

 El carbón cumple la ley de Ohm, pues a temperatura constante su resistencia es constante y su gráfica I vs V es una recta.

 El filamento del foco es un caso especial, pues su temperatura varia con el voltaje, por lo tanto su resistencia también. En nuestros datos experimentales se encontró que la gráfica tendía a ser una recta para el rango de voltaje probado, lo que permitía calcular una resistencia.

 El diodo tiene un comportamiento diferente, su resistencia disminuía grandemente al aumentar el voltaje, esto se debe a que cuando el campo esta en sentido contrario(voltaje < 0), su resistencia es muy grande, y para un valor cercano a cero su resistencia es grande.

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