El calculo de la trayectoria de una pelota de beisbol o de un

FÍSICA - LAB. 5
ELECTRICIDAD
Objetivos
Investigar la dependencia entre la corriente y la diferencia de potencial aplicadas a conductores
eléctricos. Ley de Ohm y características voltaje-corriente de diversos componentes. Medición de
resistencias con un óhmetro.
1. Introducción
En muchos materiales la diferencia de potencial Vab
Va
Vb
entre dos puntos es proporcional a la intensidad de
I
Vab ∝ I
corriente I que circula por él, es decir, la cantidad de
carga que atraviesa el área transversal del conductor en la
Figura 1
unidad de tiempo.
A la constante de proporcionalidad se la conoce como resistencia eléctrica R (V=R.I ). Los
materiales cuya resistencia es constante se dice que obedecen a la Ley de Ohm y son llamados
conductores óhmicos.
1.1 Voltímetros y amperímetros
A veces es necesario medir en un circuito eléctrico la corriente que circula por un conductor
o la diferencia de potencial entre dos puntos del mismo.
El instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos punto se denomina voltímetro. Un
voltímetro tiene una resistencia interna muy grande ( un voltímetro ideal tiene una resistencia interna
infinita) y se conecta en paralelo , es decir para medir
+
una diferencial de potencial entre dos puntos VAB se
V
coloca un terminal en el punto A y el otro en el punto B
A
(ver figura 2).
R1
El amperímetro como su nombre lo indica es el
instrumento que nos permite medir la intensidad o
corriente eléctrica en un conductor. Para medir con un
amperímetro es necesario intercalar el instrumento en el
circuito, de manera que la corriente I a medir circule por
el instrumento, se conecta en serie .
R2
A
R3
+
B
Figura 2
PRECAUCIONES:
Antes de conectar el instrumento ( voltímetro o amperímetro) es preciso verificar que la
magnitud a medir sea menor que el alcance de la escala del instrumento. Además el instrumento se debe
conectar con la polaridad correcta (el menor potencial al borne negativo y el mayor al borne positivo. Es
preciso destacar que si el amperímetro no se conecta adecuadamente (en serie) se corre el riesgo de
dañarlo.
1.2 Óhmetros
En la actualidad la mayoría de los multímetros, además de medir tensiones y corrientes,
permiten medir el valor de la resistencia de un elemento eléctrico en forma directa. Estos
instrumentos tienen una fuente de corriente constante I y lo que miden es la diferencia de potencial V
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para ese valor de corriente. Utilizando la escala adecuada el usuario lee directamente el valor de R. A
estos instrumentos se los denomina óhmetros.
1.3 Circuitos series y paralelos
Un circuito serie tiene la configuración que se muestra en la Figura 3 a y la intensidad es la
misma en todos los elementos que forman el mismo (en este caso fuente y resistencias). En estos
circuitos podemos reemplazar las resistencias por una resistencia equivalente:
Re = R1 + R2 +...+ R N
R
1
R
2
R
e
R1
R2
Re
R3
R
3
Figura 3 a
Figura 3 b
En un circuito paralelo las resistencias están conectadas todas a la misma diferencia de potencial (ver
figura 3 b) y la resistencia equivalente esta dada por
1
1
1
1
=
+
+...+
Re R2 R2
RN
En la práctica en los circuitos que tienen más de una resistencia es normal encontrar una combinación
de las configuraciones vistas anteriormente (serie y paralelo).
1.4 Potencia eléctrica
La potencia eléctrica en cualquier elemento de un circuito se calcula como: P=V.I . Si el elemento
es una batería o fuente, V es la diferencia de potencial, entre los bornes; si es una resistencia
entonces V= IR. En el caso de las resistencias la potencia eléctrica es disipada y en las fuentes es
absorbida o entregada dependiendo del sentido de la corriente en la fuente.
2. Procedimiento.
Conecte utilizando una resistencia R a una
fuente de tensión variable. Utilizando dos
multímetros ( o bien un voltímetro y un
amperímetro), mida la diferencia de potencial V
entre los extremos de la resistencia y la
intensidad I que circula por la misma. Varíe la
tensión de la fuente, mida V e I y grafique V vs.
I
A
R
V
It
figura 3
a) Represente gráficamente V en función
de I. ¿Ud. puede decir si la resistencia que utilizó es un conductor óhmico?.
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V
b) Si la relación entre V e I es lineal, según la Ley de Ohm la pendiente ∆ de la curva obtenida
∆I
nos da la resistencia R. Obtenga R y estime su incertidumbre ∆R.
Cuando estamos seguros que el elemento a medir es óhmico podemos determinar directamente la
resistencia eléctrica utilizando un óhmetro.
Determine el valor de misma resistencia del punto anterior pero utilizando un óhmetro y compare el
valor que obtenga con el resultado anterior.
c) Utilizando dos resistencias distintas determinar el valor de R de cada una de ellas y de las
mismas cuando se conectan en una configuración d1) en serie y d2) en paralelo. Compare los
valores con los predichos teóricamente.
Utilizando una lámpara de luz en lugar de la resistencia R de la figura 2, estudie la relación voltajecorriente de este dispositivo.
d) Obtener y representar V en función de I. ¿Este elemento obedece la ley de ohm?.
e) Calcular la potencia disipada para el dos valores distintos de V.
Apéndice I (lectura optativa)
Riesgo Eléctrico
Estamos acostumbrados a ver cotidianamente a la electricidad utilizada en una interminable variedad de
aplicaciones beneficiosa. sin embargo utilizada en forma incontrolable o carente de las correspondientes medidas de
seguridad puede llegar a ser destructiva y sobre todo mortal.
Un gran porcentaje de la población no tiene la adecuada formación en el tema y están normalmente expuestas, ya
sea en su domicilio (baja tensión 220 o 380 Volts), en su trabajo o en la vía publica (media tensión: desde 1000 hasta
330000 Volts o alta tensión: más de 330000 Volts) a los riesgo que impone el suministro y la utilización de la energía
eléctrica, debido fundamentalmente al hecho de que el fenómeno “no es visible; es solamente mensurable con el uso
de instrumentos adecuados.
Respuesta del organismo
Al igual que los metales y la tierra, el cuerpo humano asume característica de conductor eléctrico y presenta
propiedades que dan origen a transformaciones electrotérmicas y ectroquímicas. Éste esta compuesto por una serie de
fibra musculares que se excitan al paso de la corriente eléctrica, provocando contracciones en los músculos, debido a
que almacena parte de la energía puesta en juego. Podemos diferenciar tres efectos que puede producir la corriente
eléctrica al circular por el organismo; percepción, perdida de control, fibrilación y quemaduras.
Percepción: El mínimo nivel estadístico de corriente capaz de ser detectado por las personas se denomina
“umbral de percepción”. La corriente eléctrica se comienza a percibir cuando se excitan las terminaciones
nerviosas y los nervios sensitivos, produciendo el clásico cosquilleo (debido a los 50 hz.
Figura 1
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Figura 2
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El peligro de estas corrientes no reside en sus efectos nocivos, sino en que pueden dar lugar a reacciones
involuntarias, las que si pueden causar accidentes. en la figura 1 se muestra los resultados de estudios sistemáticos,
donde se observa que el 50 % de los hombres comienzan a percibir sensaciones al circular una corriente de 1 mA. por
su organismo. en las mujeres este valor es más pequeño (0,75 mA.) posiblemente por la menor resistencia que ofrece
su piel.
Perdida del control motor: Se define como corriente de reacción de un músculo, al mínimo valor de
intensidad que provoca la reacción del mismo. Superado dicho valor puede suceder que el individuo pierda su control
motor.. Ahora bien, si se supera ampliamente a la corriente de reacción del músculo, puede producir el fenómeno de
contracción muscular máxima e ininterrumpida, la cual, además de ser sumamente dolorosa puede provocar desgarros
y rotura de ligamento. En la figura 2 se muestra que en el 50 % de los casos los hombres con una corriente de 16 mA.
y las mujeres con una corriente de 10,5 mA se produce la perdida del control motor.
Fibrilación: El corazón es un músculo que actúa como una bomba que impulsa un caudal de sangre
simultáneamente por dos circuitos distintos. esta acción es posible por las propiedades que presentan las fibras
musculares, que constituyen el miocardio, de contraerse y distenderse en forma periódica y perfectamente ordenada,
gracias a la acción del seno auricular y el seno aurícula ventricular, que actúan como sincronizadores.
El paso de la corriente eléctrica a través del corazón puede provocar la distensión de conjuntos de fibras musculares
en forma prematura, de modo que la secuencia de activación y de contracción de las diferentes zonas del miocardio,
puede verse alterada; y en el límite, puede producirse el fenómeno de fibrilación cardiaca. El corazón esta obligado a
1. Sin reacción
2. Sin efectos peligrosos
3. Escaso riesgo de fibrilación
4. 50 % de probabilidad de fibrilación
5. Probabilidad de fibrilación superior al 50%
Figura 3
contraerse desordenadamente debido a la acción contrapuesta de la excitación cerebral y la energía recibida por la
descarga eléctrica. En la fibrilación, el corazón pierde eficacia como bomba impulsora originando una caída
generalizada de presión arterial que de perdurar puede producir daños irreversibles en el sistema nervioso central por
falta de oxigenación y finalmente la muerte. En la figura 3 se observa la influencia del tiempo de exposición para
distintos valores de corriente en el organismo.
Quemaduras: Para valores de corriente superiores a las de fibrilación, aplicada por encima de la piel, se
produce calentamiento de los tejidos
0,5 a 1,7 mA percepción
(quemaduras). Las proteínas presente se
desnaturalizan y la posterior cicatrización 1,7 a 10 mA cosquilleo generalizado
de las heridas superficiales producidas, 10 a 25 mA pérdida de control motor
suelen ser muy lenta.
Si bien no es posible obtener 25 a 50 mA contracciones musculares generalizadas
conclusiones absolutas debido a que los 50 mA a 4A fibrilación cardiaca
organismos no reaccionan siempre igual al más de 4 A. efectos fisiológicos importantes, además de quemaduras
paso de la corriente, ya que juegan un
importante papel factores tales como: manos húmedas, piel dañada en el lugar de contacto, enfermedad, contextura
muscular o factores psíquicos no ponderables. En la tabla se observan los efectos para distintos valores de intensidad.
Bibliografía: El Riesgo Eléctrico, Ing. A. Smith, 1986.
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