fisica iii- experiencia 4 y 7

2015

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

“Ley de Ohm y Puente de Wheatstone”

Curso: laboratorio de física III

Docente: Miramira Tipula biviano

Horario: viernes 8am-10am turno: mañana

INTEGRANTES:

Flores Fernández María del Carmen [14140110]

Quispe Phoccohuanca Marco Elvis [14170082]

Huamán Palacios Pamela Cristina [14170273]

Limachi Calderón Rolando l. [14170274]

Juarez Magallanes Karol [12200014]

2015

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

CONTENIDO

I. Introducción………………………………………………………………2

II. Objetivos……………………………………………………………………3

III. Materiales…………………………………………………………………4

IV. Fundamento teórico……………………………………………… 6

V. Procedimiento……………………………………………………………8

VI. Cuestionario……………………………………………………………10

VII. Conclusiones……………………………………………………………14

VIII. Bibliografía y web grafía…………………………………………15

LABORATORIO DE FISICA III Página 1

2015


I. INTRODUCCIONLey de Ohm:

Corriente eléctricaSiempre que se desplazan cargas del mismo signo, se dice que existe una corriente. Con objeto de definir la corriente con más precisión, supóngase que las cargas se desplazan en sentido perpendicular a una superficie de área A. La corriente es la razón a la que la carga fluye a través de esta superficie. Si Δ es la cantidad de carga que pasa a través de ésta área en un intervalo de tiempo Δ, la corriente, es igual al cociente de la carga entre el intervalo de tiempo:

La unidad del SI de corriente es el ampere (A):

Así pues, 1 A de corriente equivale a 1 C de carga que pasa a través del área de sección transversal en un intervalo de tiempo de 1 s.Cuando fluyen cargas a través de una superficie, pueden ser positivas, negativas o ambas cosas. Por convención, se asigna a la corriente la misma dirección que tiene el flujo de carga positiva.La corriente convencional siempre va de un potencial alto a un potencial bajo.

Resistencia y Ley de OhmCuando se aplica un voltaje (diferencia de potencial) entre los extremos de un conductor metálico, se encuentra que la corriente en el conductor es proporcional al voltaje aplicado; es decir, I∝ ΔV. Si la proporcionalidad es exacta, podemos escribir ΔV=IR, donde la constante de proporcionalidad R recibe el nombre de resistencia del conductor. De hecho, definimos esta resistencia como la razón del voltaje entre los extremos del conductor a la corriente que el mismo transporta:

La resistencia tiene unidades SI de volts por ampere, llamados ohm (Ω). Por tanto si una diferencia de potencial de 1 V entre los extremos de un conductor produce una corriente de 1 A, la resistencia del conductor es de 1 Ω.

Un resistor es un conductor que proporciona una resistencia específica en un circuito eléctrico. El símbolo de resistor en los diagramas de circuitos es una línea en zigzag.



Puente Weatstone:

El puente de Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias, inicialmentedescrito en 1833 por Samuel Hunter Christie, no obstante, fue CharlesWheatestone quien le dio muchos usos cuando lo descubrió en 1843. Como resultado este circuito lleva su nombre. Es el circuito más sensitivo que existe para medir una resistencia Para la elaboración de la práctica los instrumentos que utilizaremos en el Laboratorios serán: galvanómetro, Óhmetro, amperímetro, entre otras, los cuales nos ayudaran a medir las diferentes tensiones, resistencias, y otras variaciones de electricidad que tengan los circuitos que manipulemos en la misma.

Dichos instrumentos nos ayudan a mantener a circuitos y equipos en un óptimo funcionamiento basándonos en ecuaciones y comparaciones en lo que respecta al flujo de electricidad.Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmentediseñados según la naturaleza de la corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parámetros de voltaje, tensión e intensidad. De esta forma, podemos enunciar los instrumentos de medición como elAmperímetro o unidad de intensidad de corriente. El Voltímetro como launidad de tensión, el Ohmimetro como la unidad de resistencia y losMultimetros como unidades de medición múltiples.



II. OBJETIVOS

o Estudiar la Ley de Ohm y sus aplicaciones a circuitos resistivos.o Analizar las propiedades de las conexiones en serie y paralelo de los

capacitadores y resistencias en un circuito y verificar la ley de ohm en los circuitos de corriente continua.

o Utilizar el código de colores para la obtención del valor de una resistencia.o Analizar el principio de funcionamiento de un circuito denominado Puente

de Wheatstone.o Determinar experimentalmente el valor de una resistencia desconocida

utilizando el Puente de Wheatstone.o Expresar correctamente el valor de resistencias eléctricas usando el código

de colores.



III. MATERIALES

Fuente regulable de voltaje DC

Voltímetro

Amperímetro

interruptor

Resistores

Cables de Conexión

Puente de Wheatstone

Reóstato

Galvanómetro


Amperímetro Caja de resistencias



Reóstato

Galvanómetro

Fuente de Voltaje C.C



Electroscopio

Circuito de la ley de Ohm

Circuito del puente Wheatstone


IV. FUNDAMENTO TEORICO

Se denomina circuito eléctrico a una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, fuentes; conectados entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas.

Las resistencias son elementos muy comunes en los circuitos, y son indispensables en cualquier diseño eléctrico o electrónico. Una resistencia típica tiene un cuerpo cilíndrico de uno a dos centímetros de longitud, con un segmento de alambre en cada extremo.

Las resistencias son fabricadas en una gran variedad de formas y tamaños. En las más grandes, el valor del resistor se imprime directamente en el cuerpo del mismo, pero en los más pequeños no es posible. Para poder obtener con facilidad el valor de estas resistencias se utiliza el código de colores. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final del resistor.

Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor, la tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final de la resistencia. La cuarta banda indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta indica su confiabilidad.

Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos se conectan secuencialmente. El terminal de salida de un dispositivo se conecta al terminal de entrada del dispositivo siguiente.

Figura 1. Resistencias en serie

El circuito en paralelo es una conexión donde, los bornes o terminales de entrada de todos los dispositivos conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.



El puente de wheatstone es el aparato más usado para la medida exacta de resistencias, siempre y cuando no se trate de valores muy elevados o muy pequeños.

La figura es un esquema del puente de wheatstone en las que R1, R2, R3 son resistencias conocidas y Rx es la que se medirá. Cuando conectamos el switch, el amperímetro registrara una desviación. Con R3 se ajusta el amperímetro para que marque cero.

El switch de la fuente (sw) debe conectarse siempre antes que el switch del amperímetro con el fin de proteger a estas de un exceso de corriente.

Cuando deja de circular corriente a través del amperímetro, entonces los puntos B y C estarán al mismo potencial o sea V (AB) = V (AB) y V (BD) = V (CD)

Donde R1 y R2 son resistencias fijas conocidas, R3 es un reóstato con resistencia total de valor 15 ohm, se necesitara conocer un valor intermedio

El puente Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias (como ya se había dicho).

El circuito es el siguiente: (puede conectarse a cualquier voltaje en corriente directa, recomendable no más de 12 voltios)

Cuando el puente se encuentra en equilibrio: R1 = R2 y Rx = R3 de donde...

R1 / Rx = R2 / R3



En este caso la diferencia de potencial (la tensión) es de cero "0" voltios entre los puntos A y B, donde se ha colocado un amperímetro, que muestra que no pasa corriente entre los puntos A y B (0 amperios)

Cuando Rx = R3, VAB = 0 voltios y la corriente = 0 amperios

Si no se conoce el valor de Rx, se debe equilibrar el puente variando el valor de R3. Cuando se haya conseguido el equilibrio, Rx será igual a R3 (Rx = R3). R3 debe ser una resistencia variable con una carátula o medio para obtener valores muy precisos.

Ejemplo:

Si R1 y R2= 1 KΩ (Kilohmio) y R3 = 5 KΩ, Rx deberá de 5 KΩ para lograr que el voltaje entre A y B (VAB) sea cero (corriente igual a cero)

Así, basta conectar una resistencia desconocida (Rx) y empezar a variar R3 hasta que la corriente entre A y B sea cero. Cuando esto suceda, el valor de RX será igual al valor de R3

Una aplicación muy interesante del puente Wheatstone en la industria es como sensor de temperatura, presión, etc. (dispositivos que varían el valor de su resistencia de acuerdo a la variación de las variables antes mencionadas).

Es en el amperímetro donde se ve el nivel o grado de desbalance o diferencia que hay entre el valor normal a medir y la medida real.

También se utiliza en los sistemas de distribución de energía eléctrica donde se lo utiliza para detectar roturas o fallas en las líneas de distribución



V. PROCEDIMIENTO

a) Verificación de la Ley de Ohm

o Variación de voltaje y corriente manteniendo constante la resistencia.

R=30=cte.Tabla 1.

Voltaje (V) Intensidad (A)4.2 0.1353 0.0952.5 0.0842 0.0621 0.036

o Variación de la corriente y resistencia manteniendo constante el voltaje.Voltaje =10 V= cte.Tabla 2

Resistencia (Ω) Intensidad (A)10 0.10520 0.05230 0.03640 0.02650 0.021



o Variación de de la diferencia de potencial y la resistencia manteniendo constante la corriente.I=0.10 A = cte.Tabla 3

Resistencia (Ω) Voltaje (V)10 120 230 3.140 4.250 5.1



b) Puente de Wheatstone

1. Arme el circuito como se muestra en la figura 2. Considere un valor adecuado para la resistencia R2 y use una de las resistencias RX desconocida.

2. Cambie la posición del contacto deslizante C a lo largo del hilo (Reóstato), hasta que la lectura del galvanómetro sea cero.

3. Anote en la tabla Nº 1, los valores de longitud del hilo L1 y L3, así como también el valor R2 de la caja de resistencias que ha considerado.

4. Con la información que tiene, calcule el valor de la resistencia Rx del tablero. Compare este valor con el hallado usando el código de colores y/o haciendo el uso del ohmímetro, que será su valor de referencia.

5. Considere otras resistencias para R2 y las resistencias desconocidas y repita el procedimiento indicado en los pasos del 1 al 4. Complete esta tabla Nº 1. Trate de representar la resistencia medida con el equipo, o la determinada usando el código de colores de la forma.

R = Ř ± ΔR

6. Donde Ř es el valor más probable de la medida y ΔR es su error.



Tabla 4

Longitud del Hilo Resistencias Error Relativo(%)

L1 (m) L2 (m) R2 RX

(Valor Exper.)

RX

(Valor Refer.)

0.695 0.305 300 683 680 0.53

0.45 0.55 40 32.72 33 0.85

0.493 0.507 40 38.89 39 0.28

0.485 0.515 50 47.08 47 0.17

0.48 52 90 83.07 82 1.3

0.34 0.66 20 10.30 10 3



VI. CUESTIONARIOo Ley de Ohm:

1. Grafique e interprete V versus I usando los valores de la tabla 1. Determine el valor de la pendiente de la misma y compare este valor con el considerado en la caja de resistencia.

R=30=cte.

Tabla 1.

Voltaje (V) Intensidad (A)4.2 0.1353 0.0952.5 0.0842 0.0621 0.036

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

f(x) = 0.0311647727272727 x + 0.00324147727272726

Voltaje Vs Intensidad

Voltaje (V)

Inte

nsid

ad ()

A



La pendiente dela grafica es:m=0.0312

%E=Teorico−experimentalteorico

×100

%E=30−31.230

×100

%E=¿42. Grafique e interprete i versus 1/R usando los valores de la

Tabla 2. Calcule la pendiente de la recta obtenida y compárela con el valor de voltaje.

Voltaje =10 V= cte.Tabla 2

Resistencia (Ω) Intensidad (A) 1/R10 0.105 0.10020 0.052 0.05030 0.036 0.03340 0.026 0.02550 0.021 0.020


%E=10−9.510

×100

%E=5



0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.110

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

f(x) = 0.954997836434444 x − 0.000239896148853315

I vs 1/R

Intensidad ( A)

1/R

3. Grafique e interprete V versus R usando los valores de la tabla 3. Determine el valor de la pendiente y compare este valor con la intensidad de corriente que se consideró como constante.

I=0.10 A = cte.Tabla 3

Resistencia (Ω) Voltaje (V)10 120 230 3.140 4.250 5.1



0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.50

10

20

30

40

50

60

f(x) = 9.60472848171408 x + 0.41743627632065

Chart Title

Voltaje (V)

Resi

sten

cia(

Ω)


%E=0.1−0.090.1

×100

%E=¿4

4. Una lámpara tiene una resistencia de 50.5 ohmios para lo cual una corriente de 25 mA. ¿cuál es el voltaje aplicado? ¿ se cumplirá la ley de ohm? Explique.

V=IxRV=50.5 X25=1262V

Si se cumple la ley de ohm porque el voltaje con la intensidad es proporcionales.



o Puente Wheatstone:

1. Justifique la expresión teórica (4), utilizando las leyes de Kirchhoff.

Supongamos que las resistencias r1, r2, R2 y R1 hacen que el puente de

Wheatstone esté equilibrado, es decir, no hay diferencia de potencial (y por tanto

no pasa corriente) entre los puntos A y B.

Sean i1 la corriente en r1, i2 la corriente en r2, I1 corriente en R1 e I2 la corriente

en R2. Entonces, aplicando la segunda ley de Kirchoff (la suma de las corrientes en

un nodo son cero) en A y B se obtiene:

i1 = I1, i2 = I2

Por otro lado, aplicando la primera ley de Kirchoff (la suma de las variaciones de

potencial en un bucle cerrado es cero) a los bucles izquierdos y derecho del

circuito, se obtiene:

r1i1 = r2i2, R1I1 = R2I2

Usando las dos primeras ecuaciones para eliminar i1 e i2 en las segundas

obtenemos:

r1I1 = r2I2, R1I1 = R2I2

Dividiendo término a término la primera de dos últimas igualdades por la segunda

se obtiene:

R1



2. ¿Cuáles crees que han sido las posibles fuentes de error en la experiencia realizada?

Los posibles errores pudieron haber sido:

o La mala conexión entre los cables y los resistores.

o El cambio mínimo de la fuente de voltaje a causa del movimiento de la

mesa.

o La mala búsqueda del punto en que el galvanómetro mida cero, o los

supuestos lugares donde mida cero.

o La lectura inadecuada del galvanómetro.

o la lectura inadecuada de la longitud del hilo.

3. ¿Cómo podría evitar estas fuentes de error? o El error en conexión se puede evitar verificando que hay flujo de corriente

en el circuito.

o Evitaríamos el cambio de la fuente de voltaje al dejar de mover la mesa, así

mismo podríamos mejorar la búsqueda donde el galvanómetro mida cero

verificándola más de dos veces.

o Las longitudes de los hilos se medirían correctamente al hacerlo en más de

dos ocasiones.

4. Explique Ud. ¿qué condiciones física debe existen cuando no pasa corriente por el galvanómetro?

Los galvanómetros son los instrumentos principales en la detección y medición de

la corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente eléctrica y un imán.

El mecanismo del galvanómetro está diseñado de forma que un imán permanente

o un electroimán produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando



hay un flujo de corriente en una bobina cercana al imán.

En un galvanómetro la fuerza inclina la aguja en un grado proporcional a la

intensidad de la corriente.

Con respecto al circuito del experimento: Cuando el puente se encuentra en

equilibrio:

R1= R2

Y Rx = R3

De donde: R1/ Rx = R2/ R3

En este caso la diferencia de potencial (la tensión) es de cero "0" voltios entre los

puntos Ay B, donde se ha colocado un galvanómetro, que muestra que no pasa

corriente entre los puntos A y B. Cuando:

Rx = R3, VAB= 0 voltios y la corriente = 0 amperios

Si no se conoce el valor de Rx, se debe equilibrar el puente variando el valor de R3.

Cuando se haya conseguido el equilibrio, Rx será igual a R3

(Rx = R3). R3 debe ser una resistencia variable con una carátula o medio para

obtener valores muy precisos



5. ¿Cuáles son los factores que influyen en la precisión del puente Wheatstone al tratar de conocer el valor de una resistencia desconocida? ¿Por qué?

Como hemos explicado en lo referente a errores en la presente práctica, algunos de los factores que influyen en la precisión del puente, lo constituyen, entre otros, las fluctuaciones de corriente y tensión, y que, como sabemos al momento de aplicar la fórmula, hacen variar la diferencia de potencial de las resistencias, y por consiguiente el valor de estas también se altera. Por otra parte, también influye el modo sustancial, la precisión en la lectura de la regleta que reemplazan a dos de las resistencias, ya que una mala lectura

conlleva a un erróneo reemplazo de valores resultantes de malas mediciones, lo que por consiguiente mostrará un resultado muchas veces incompatible con el valor real.

6. ¿Cuál sería la máxima resistencia que podría medir con el puente de Wheatstone?

La máxima resistencia que puede medirse con el circuito tipo puente es

dependiente de los valores de las resistencias obtenidas por la distancias en el hilo

de tungsteno, el cual se debe medir (en longitud), esto es:

RX=R1∙ L2

L1

De esta ecuación, se desprende que para que el valor de la resistencia RX logre su valor máximo, el valor de R1 debe ser lo más grande posible, y que a su vez, el valor de L2 y L1 deben ser lo más grande y más pequeño posible respectivamente, y ya que:



R=ρ( LA )

Se deduce entonces que los valores de L2 y L1 son directamente proporcionales a la distancia medida en el hilo de tungsteno, esto es, cuando mayor sea dicha longitud, mayor será la resistencia del mismo.

Todo lo anterior se cumple desde el punto de vista matemático, ya que desde el punto de vista físico, debemos expresar que el valor del voltaje que entrega la fuente debe ser relativamente alto, en tanto que los valores de las resistencias no deben exceder un determinado rango, ya que de ser el valor de RX muy grande, éste puede actuar dentro del circuito como un aislante, de modo que el circuito quede abierto eléctricamente.

7. ¿Por qué circula corriente por el galvanómetro cuando el puente no está en condiciones de equilibrio? Explique detalladamente.

Si se observa un valor de corriente en el

galvanómetro G entre los puntos C y D

entonces las resistencias de la rama ACB

(R1 y R3) no se encuentra en la misma

relación o proporción que la resistencia

de la rama ADB (R2 y R4) es decir:

R1

R3

≠R2

R4

Por consiguiente la diferencia de potencial entre AC es distinta que AB (ΔUAC ≠

ΔUAD) lo mismo que CB y DB (ΔUCB ≠ ΔUDB). Ya que el voltaje entre AB (ΔUAB) es

el mismo para ambas ramas entonces solo queda hacer mediciones con el

voltímetro en AC luego AD y hacer comparaciones. Si la proporción de



resistenciasR1:R3 y R2:R4 son iguales entonces la lectura del galvanómetro será

cero por que el potencial en el punto C es el mismo que el punto D.

8. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar Puente? ¿Por qué?

o La medida de las resistencias, reside en que tal medida es completamente

indiferente a la actitud que pueda tomar el instrumento empleado para

obtenerlo.

- Cuando la aguja está en posición cero se libra de todo error relacionado con la

circulación de corriente.

o La indicación cero, resulta más aguda y se precisa una menor intensidad de corriente a

través de todos las ramas del puente con la disposición y el tamaño de los componentes

que lo forman puede ser menor sin peligro de sobre calentamiento y averías.

Estos instrumentos nos indican el momento cuando se encuentra en equilibrio, y el

instante en que no circula corriente por el circuito.

Desventajas:

o La resistencia que se va a utilizar debe ser de la menor tolerancia que se

pueda hallar.

o La precisión a la que se llega no es un porcentaje exacto.

o

9. ¿Qué aplicaciones prácticas tiene esta experiencia?

o El puente Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el

valor de componentes pasivos como las resistencias.

o Hoy en día este puente se utiliza mucho en todo lo relacionado con la

Electrotecnia, pues este método es el utilizado para comprobar averías en la

líneas eléctricas de Alta y Media Tensión, donde sus longitudes son kilométricas.



VII. CONCLUCIONESo Se comprobó la ley de Ohm experimentalmente la cual dice que La diferencia de

potencial aplicada a los extremos de un conductor es directamente proporcional a la corriente que pasa a través de él.

o La ecuación que relaciona el potencial con la corriente eléctrica es la ley de Ohm en su forma microscópica, es una relación lineal y su pendiente es el inverso de la resistencia equivalente del circuito.

o Los tres circuitos representados mediante las resistencias permitieron comprobar la ley de Ohm con gran exactitud, y calcular los valores correspondientes de resistencias equivalentes para cada uno.

o En definitiva, se pudo observar la facilidad que nos da un circuito como el Puente de Hilo para calcular resistencias.

o También notamos que los valores representativos de las resistencias calculadas son muy aproximados a los valores medidos de las mismas, verificando el teorema del valor medio se logra afirmar que se comete un mínimo error cuando los cálculos son efectuados en la mitad del hilo (L / 2).

o Por último pudimos calcular la resistividad del alambre con simpleza, ya que sólo necesitamos el valor de Rx ya que los otros factores que influyen en el cálculo de la misma son datos constantes.



VIII. BIBLIOGRAFIA Y WEB GRAFIA

o Sears, F. W., Zemansky, M. W., Young, H. D. y Freedman, R. A. (2005). Física Universitaria. Volumen 2. Undécima Edición. México: Pearson

o SERWAY, Raymond. Física, Edic. 5, Pearson Educación, México, 2001.

o Educación. Fuentes en Internet

o http://www.unicrom.com/TuT_codigocolores.aspo h tt p ://www 1 . uprh . edu / l ab f i s i / m a n ua l / 2 n d % 20 P ar t % 20E x per i m en t

% 2004 .p df


http://www1.uprh.edu/labfisi/manual/2nd%20Part%20Experiment%2004.pdf

http://www1.uprh.edu/labfisi/manual/2nd%20Part%20Experiment%2004.pdf

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