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Este documento presenta información sobre la Ley de Ohm y circuitos eléctricos en serie y paralelo. Explica que la Ley de Ohm establece que la corriente es directamente proporcional al voltaje para un resistor dado. También define conceptos como resistencia, voltaje y corriente, y describe cómo calcular la resistencia equivalente para circuitos con resistencias en serie y paralelo. Finalmente, detalla los procedimientos y cálculos para dos actividades prácticas sobre este tema.
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- 1. LEY DE OHM CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO
- 2. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE INFORME DE LABORATORIO DE ELECTRICIDAD AÑO Y SECCIÓN: INTEGRANTES: - - - - Práctica No 1 I. TEMA: LEY DE OHM - RESISTENCIAS EN SERIE Y PARALELO II. OBJETIVOS: Emplear la Ley de Ohm para determinar valores de resistencias. Identificar algunos instrumentos de uso frecuente en el laboratorio de física. Reconocer los conceptos básicos relativos a la Ley de Ohm. Establecer la relación entre corriente, voltaje y resistencia. Adquirir los conocimientos básicos para hacer el análisis e identificar resistencias en serie y paralelo. Calcular una resistencia que sea equivalente a un grupo de resistencias conectadas en serie, así como una resistencia equivalente a un grupo de resistencias conectadas en paralelo. III. FUNDAMENTACIÓN CIENTÍFICA: Antecedentes Geor Ohm fue el primero en estudiar cuantitativamente los efectos de la resistencia al limitar el flujo de carga eléctrica. Descubrió que, para un resistor dado, a determinada temperatura la corriente es directamente proporcional al voltaje aplicado. Esta proporcionalidad se le conoce como la ley de Ohm. La intensidad de corriente que pasa por dos puntos de un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre ellos e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. La relación entre la diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor y la intensidad de la corriente que por el circula es una cantidad constante, llamada resistencia eléctrica se asigna por R. 𝑹 = 𝑽 𝑰 𝑽 = 𝑰 ∗ 𝑹 La unidad de resistencia es el OHM, que se define como la resistencia de un conductor que al aplicarle entre sus extremos una diferencia de potencial de 1 Voltio, la corriente que se produce es de 1 Ampere.
- 3. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE ¿QUÉ ES UN CIRCUITO? Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, capacitadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, capacitores, inductores), y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos. Definiciones Resistencia: La resistencia R se define como la oposición al flujo de carga eléctrica. Aunque la mayor parte de los metales son buenos conductores de la electricidad, todos ofrecen alguna oposición al flujo de carga eléctrica que pasa a través de ellos. Esta resistencia eléctrica es estable para muchos materiales específicos de tamaño, forma y temperatura conocidos. Voltaje: Trabajo que realiza el campo eléctrico por unidad de carga que se desplaza entre dos puntos. Corriente eléctrica: movimiento de cargas eléctricas, positivas o negativas, a través de un conductor. Ampere: Unidad de corriente en el sistema internacional. La resistencia eléctrica, es una propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina (según la llamada ley de Ohm) cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. Todos los objetos poseen una resistencia eléctrica en mayor o menor grado. Existen materiales que tienen resistencia baja a los cuales se los denomina CONDUCTORES, mientras que los que tienen alta resistencia se los llama AISLADORES. Entre estas dos categorías existe una gran variedad de materiales y aleaciones que tiene muy altas resistencias así como también muy bajas resistencias Resistencias en serie: Dos resistencias están en serie si por ellas pasa exactamente la misma corriente, La resistencia equivalente en un circuito se obtiene sumando el número de resistencias del circuito: 𝑅 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣 = 𝑅1 + 𝑅2 + … 𝑅 𝑛 Resistencias en paralelo: Dos resistencias están en paralelo si sobre los terminales correspondientes de éstas se establece un mismo voltaje. La resistencia equivalente de un circuito de mas de dos resistencias en paralelo se calcula a partir de la siguiente formula:
- 4. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE 𝑅 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣= 1 𝑅1 + 1 𝑅2 + ⋯ 1 𝑅 𝑛 Para el caso particular de que hubiera solo dos resistencias en paralelo se puede utilizar esta fórmula: 𝑅 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣= 𝑅1 𝑥𝑅2 𝑅1 + 𝑅2 IV. GRAFICO: V. PROCEDIMIENTO V.ii Actividad 1: MATERIALES: Computadora personal. Interface YENKA Generador de energía protoboard Resistencia de 220𝛺 Cables de conexión Multímetro Parte 1: Medición de Corriente: º Ilustración 1: Principal simbología eléctrica
- 5. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE Conectar los terminales del amplificador en las entradas del protoboard. Proceder a cerrar el circuito con una resistencia de 220𝛺. Imagen Nº1 circuito con la resistencia de 10 ohmios
- 6. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE Con el amplificador de potencia encendido pulse el botón “inicio” para iniciar la toma de datos; realice la medición durante 5 segundos y luego varíe el voltaje aumentando 0.1A por vez, hasta alcanzar 0.5A. Registramos los datos en la siguiente tabla: Voltaje (V) Corriente (A) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Resistencia experimental Resistencia conocida ( 𝛺) Error absoluto Error porcentual Hallando la resistencia experimental: 5 ∗ 𝑅 𝑒𝑥𝑝 = 𝑣1 𝑖1 + 𝑣2 𝑖2 + 𝑣3 𝑖3 + 𝑣4 𝑖4 + 𝑣5 𝑖5 5 ∗ 𝑅 𝑒𝑥𝑝 = 𝑅 𝑒𝑥𝑝 = Hallando el porcentaje de error: 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 = ( 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 ) 𝑥 100% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = ( )% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = % Luego generamos la gráfica Corriente (A) vs. Voltaje (V) con los 5 datos de la tabla anterior en Excel para calcular un nuevo valor de Rexp, la pendiente en la ecuación de la recta dada es la Resistencia (Rexp). Llenamos la nueva tabla:
- 7. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE Voltaje (V) Corriente (A) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Resistencia experimental Resistencia conocida ( 𝛺) Error absoluto Error porcentual Hallando el porcentaje de error: 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 = ( 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 ) 𝑥 100% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = ( )% %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = % Fig. Nº2 grafica V vs I cuya pendiente es la resistencia. A V
- 8. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE V.i Actividad 2: Calcular el valor de la resistencia equivalente entre los terminales a y b para cada uno de los circuitos en serie y en paralelo. 300 Ω 300 ΩA B R2R1 (a)R equivalente= R1+R2 = 300 +300 = 600Ω 300 Ω 600 ΩA B R2R1
- 9. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE R2R1 300 Ω 600 ΩA B 1200 Ω R3 R2 R1 300 Ω 300 Ω A B 600Ω R3 R2 R1 300 ΩA B R3 600 Ω 600 Ω R1 600 Ω A B R2 600 Ω R1 600 Ω A B R2 300 Ω
- 10. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE R1 300 Ω A B R2 1200 Ω R1 300 Ω R2 600 Ω A B R3 600 Ω R1 300 Ω R2 600 Ω A B R3 120 0 Ω R1 1200 Ω R2 1200 Ω A B R3 300 Ω R1 300 Ω R2 600 Ω R1 600 Ω A B R3 120 0 Ω
- 11. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE R2 600 Ω R3 500 Ω R4 120 0Ω R5 300 Ω R1 300 Ω A B R4 300 Ω R1 600 Ω R2 600Ω R3 300 Ω A B R4 600Ω R3 300 Ω R2 600 Ω R1 600 Ω A B
- 12. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE VI. PRUEBA DE CONOCIMIENTOS 1.- Los términos “circuito abierto”, “cortocircuito”, y “corto inactivo”, son a menudo utilizados cuando se habla de electricidad. ¿Puede contestar las siguientes preguntas acerca de esos tres términos? a) ¿Cuál es el valor de la resistencia de un circuito abierto? b) ¿Cuál es el valor de la resistencia en un cortocircuito? c) ¿Qué significa un “corto inactivo”? 2.- ¿Cuando un interruptor se abre la resistencia entre sus terminales es alta o baja? 3.- ¿Cuál es la resistencia de un interruptor cerrado (idealmente)? 4.- Usando los métodos que se describen más adelante en (a) y (b), calcule el valor de la resistencia equivalente de una combinación de 5 ohmios (R1), 12 ohmios (R2) y 20 ohmios (R3) conectadas en paralelo. a) Usando la ecuación: 𝟏 𝑹 𝒆𝒒𝒖𝒊𝒗 = 𝟏 𝑹 𝟏 + 𝟏 𝑹 𝟐 + 𝟏 𝑹 𝟑 … 1 𝑅 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣 = 1 5 + 1 12 + 1 20
- 13. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE 1 𝑅 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣 = 1 3 − −−→ 𝑹 𝒆𝒒𝒖𝒊𝒗 = 𝟑𝒐𝒉𝒎𝒊𝒐𝒔 b) aplicando sucesivamente la ecuación: 𝑹 𝒆𝒒𝒖𝒊𝒗 = 𝑹 𝟏 𝒙𝑹 𝟐 𝑹 𝟏 + 𝑹 𝟐 𝑅 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣1 = 5𝑥12 5 + 12 = 4 𝑜ℎ𝑚𝑖𝑜𝑠 𝑅 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣2 = 5𝑥20 5 + 20 = 4 𝑜ℎ𝑚𝑖𝑜𝑠 ¿Cuál de los dos métodos encontró más fácil de usar? 5.- Conecte todas las resistencias, mostradas en paralelo. R1=3,R2=4,R3=5, R4=3,R5=4,R6=5 6.- El circuito de la Figura 1-9 tiene 5 resistencias y 3 interruptores. Para cada una de las diferentes condiciones del interruptor (abierto o cerrado) dadas en la tabla 1-1, calcule el valor de la resistencia entre los terminales A y B. Dibuje el circuito equivalente y muestre sus cálculos en el espacio provisto para cada condición. R1 R2 R3 R4 R5 R6 A B
- 14. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE INTERRUPTOR (Abiertos) INTERRUPTOR (Cerrados) CIRCUITO EQUIVALENTE Y CALCULO DE LA RESISTENCIA EQUIVALENTE
- 15. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE VI. CONCLUSIONES: Con esta práctica se pudo adquirir los conocimientos teóricos de lo que son las resistencias así como los tipos que pueden existir y su clasificación en la forma en que pueden aparecer en un circuito que son serie y paralelo. En esta práctica se realizó los cálculos para obtener la resistencia equivalente de resistencias que se encontraban en paralelo y en serie cada una con sus respectivas formulas y estipulaciones que se debían tomar en cuenta para realizar los cálculos de una manera adecuada. VII. RECOMENDACIONES:
- 16. CIENCIATECNOLOGÍAYAMBIENTE FÍSICA QUÍMICA BIOLOGÍA ROBÓTICA ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE Para aprender a utilizar de una manera correcta las fórmulas de resistencia equivalente en circuitos en serie y paralelo se recomienda realizar ejercicios tanto prácticos como teóricos de los mismos y siempre sacando conclusiones de lo aprendido u observado durante la práctica. Se recomienda aumentar el grado de conocimiento en cuanto a simbología eléctrica para aprender a identificar los elementos uno a uno dentro de un diagrama esquemático de circuitos eléctricos.