Guia 5V1 - Santiagofisica

Guia de
física 5
2012
Guía para el trabajo de clase en ciencias físicas para el año 2012. Aquí
encontraras la tematica a tratar cada semana con sus respectivos ejemplos y
talleres de aplicación.
Capitulo 1
corriente eléctrica
GUIA Nº 5
 SEMANA
 TITULO:
 LOGROS:
•
•
•
circuitos y resistencias
Relaciona los conceptos de resistencia , voltaje y corriente para realizar cálculos y resolver problemas.
Utiliza adecuadamente los instrumentos de medición .
Explica el proceso mediante el cual utilizamos la corriente eléctrica en actividades cotidianas en nuestros
hogares y en general.
TEORIA
Los conductores de electricidad como los alambres de cobre, ofrecen una resistencia al paso de los
electrones a través de el. La corriente que circula por el conductor depende tanto de su largo como de su
sección o area y del material con el que se construye. A la oposición de una conductor se le llama
resistencia eléctrica y los conductores que la presentan resistores.
Comprobemos esto con una experimentación.
ACTIVIDAD
Tomemos el multimetro que nos proporciona el profesor y midamos las resistencias dadas de 1m de
longitud y de igual calibre. Anota los valores en cada espacio:
Material_____________________ longitud ___________ resistencia
Material_____________________ longitud ___________ resistencia
Material_____________________ longitud ___________ resistencia
Concluye:__________________________________________________________
__________________________________________________________________
Toma la resistencia variable . coloca el selector del multimetro en la medición de resistencias1. Coloca
las puntas en los extremos de esta y coloca la perilla en el inicio girándola a la izquierda. Mide la
resistencia en la pantalla del multimetro y empieza a cambiar su longitud girando la perilla a la derecha.
Observa y anota lo que ocurre.
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Podemos decir entonces que la resistencia aumenta con la longitud y disminuye con el area del resistor.
Tenemos entonces la ecuación
R = ρ L/A donde ρ depende del material con que esta hecha y
se llama resistividad del conductor.
Ahora construyamos un circuito como lo muestra la figura primero lo haremos con un alambre delgado y
luego con otro mas grueso.
Resistencia variable
El generador de 3 voltios, bombilla 2,5 v
3v
Observa lo que ocurre al cambiar el grosor de los conductores y anota la conclusión:
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Las resistencias vienen con bandas de colores que indican el valor de estas, o sea, su resistencia.
Códigos y series de las Resistencias
Código de colores
Colores
1ª Cifra
Negro
2ª Cifra
Multiplicador
0
0
Tolerancia
Marrón
1
1
x 10
1%
Rojo
2
2
x 102
2%
103
Naranja
3
3
x
Amarillo
4
4
x 104
Verde
5
5
x 105
Azul
6
6
x 106
Violeta
7
7
x 107
Gris
8
8
x 108
Blanco
9
9
x 109
0.5%
Oro
x 10-1
5%
Plata
x 10-2
10%
Sin color
20%
Ejemplo:
Si los colores son: ( Marrón - Negro - Rojo - Oro ) su valor en ohmios es:
1 0 x 100 5 % = 1000
= 1K
Tolerancia de 5%
5 bandas de colores
También hay resistencias con 5 bandas de colores, la única diferencia respecto a la tabla anterior, es
qué la tercera banda es la 3ª Cifra, el resto sigue igual..
Actividad
Calcula el valor de las resistencias que observas en el circuito y las que te facilita el profesor. Dibujalas
con sus franjas de colores y calcula primero su valor utilizando la tabla, luego comprueba ese valor con el
multimetro.( recuerda ubicar la perilla del multimetro en la sección de ohmios Ω)
Resistencia 1
dibujo
valor teórico
valor medido
Resistencia 2
___________ ___________________________
___________
Resistencia 3
___________ ___________________________
___________
Resistencia 4
___________ ___________________________
___________
Resistencia 5
___________ ___________________________
___________
LEY DE OHM
Si aplicamos una diferencia de potencial variable en los extremos de un resistor o resistencia y medimos
la corriente que circula en ellos obtenemos valores distintos.
En una experiencia se obtuvieron los siguientes resultados
I(A)
2
4
6
8
V (V)
10
20
30
40
Calcula el cociente V / I en cada caso. Que ocurre?__________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Realiza el grafico de Intensidad contra Voltaje . divide el plano proporcionalmente
I (A)
V (V)
Observa que el cociente es una constante y por lo tanto podemos concluir que como
Son directamente proporcionales entonces I = K.V, si hacemos K = I/R, tenemos que
I=
𝟏
𝑹
.V o lo que es lo mismo I = V/R . esta es la ley de OHM y se enuncia así:
Para muchos materiales la resistencia es una constante, es independiente del voltaje aplicado al
resistor o de la corriente que pasa a través de el.
Como se puede deducir de la ecuación al despejar el voltaje nos queda V = I.R . eso significa que al
aumentar la resistencia, la corriente debe disminuir .
Las unidades de resistencia son los ohmios R=V/I = 1voltio / 1 amperio = 1 ohmio=1Ω
Ejemplo: si en una casa cuyo voltaje es 110v, conectamos una resistencia eléctrica de 100 Ω , la corriente
que pasa a través de esta es: I = V/R, I = 110 v / 100Ω = 1,1 A
Si aumentamos la resistencia a 200 Ω , la corriente que circularía por dicha resistencia seria de I = 110 v /
200 Ω = 0,55 A.
Ejemplo2.
Un conductor tiene una longitud de 200m y de diámetro 1mm, se conecta a una pila de 1,5 v y hace
circular una corriente de 3 mA ( miliamperios). ¿ cuál es la resistividad del cable conductor ρ?
Datos:
L = 200m
diámetro d= 1mm= 0,001m
V = 1,5v
I = 3mA = 0,003 A
Como la ecuación a utilizar es R = ρ L/A , al despejar ρ nos queda ρ= RA/L
Debemos halla entonces primer a R(resistencia). Usando la ecuación I=V/R
Tenemos I = 1,5v/0.003A = 5000 Ω . ahora hallamos el area del conductor que son de forma circular y
cuya area esta dada por la ecuación A= πr2 . reemplazando tenemos:
A = π . (0,001m/2)2 = 0,000000785m 2 = 7,85 .10-7 m. reemplazando A y R en la ecuación
ρ= 5000Ωx7,85x10-7m2/200m = 1,96x10-6Ω.m
resuelve los siguientes problemas:
1. Cual es la resistencia de un alambre conductor de cobre de 2m de largo y 1mm de diámetro si ρ=
1,7x10-8 Ω.m?
2. Que longitud debe tener un alambre de hierro de 0,2mm 2 de sección(area) para que presente una
resistencia de 8Ω?
3. Una estufa eléctrica funciona a 150 v y tiene una resistencia de 8Ω ¿qué carga circula por esta en 1
hora?
4. Se requiere un trabajo de 2500 j para mantener una corriente de 2 A en un circuito durante 15
minutos. ¿qué voltaje se debe aplicar? Use las ec. P= w / t y v = P / I )
RESISTENCIA EN SERIE
Actividad:
Toma tres resistencias y mide el valor de cada una con el multimetro. anótalos _________________,
_____________________ , ___________________
Ahora únelas en serie como lo muestra la figura:
Mide nuevamente el valor total de la resistencia entre los puntos A y B, anotalo______________. Que
puedes concluir?
Como pudiste observar las resistencias en serie se suman para obtener la resistencia equivalente R eq
R1 +R2+R3+Rn
=
Puedes comprobar con la ayuda del multimetro que:


La intensidad de la corriente es la misma en todas partes del circuito
La diferencia de potencial aplicada es igual a la suma de las diferencias de potencial entre
los extremos de cada una de las resistencias.
Ejemplo:
Se conectan 4 resistencias de 2, 5, 6 y 7Ω en serie a una pila que da 60 voltios. Hallar la intensidad de la
corriente que circula por cada resistencia y la diferencia de potencial o voltaje en cada una de ellas.
Solución:
2Ω
5Ω
la resistencia total es Req
= (2+5+6+7)Ω=20Ω
Por lo tanto la intensidad que circula por el
6Ω
circuito es I = V/R = 60v/20Ω = 3A
La caída de potencial en cada resistencia es
7Ω
V1 = I.R1 = 3A x 2Ω = 6v
V2 = I.R2 = 3A x 5Ω = 15v
V3 = I.R3 = 3A x 6Ω = 18v
V1 = I.R4 = 3A x 7Ω = 21v
Si sumas todos los voltajes veras que da 60v, que es el total de potencial generado por la pila o batería.
RESISTENCIA EN PARALELO
fig1
El siguiente dibujo te muestra lo que es un circuito en paralelo . observa
que todas las resistencias están unidas en un mismo punto A por un
extremo y por B en el otro extremo, por lo que la diferencia de potencial
,es igual para las tres.
Para calcular la resistencia equivalente en este caso usamos la ecuación
= 1 + 1 +1
Req R1 R2 R3
ε
1
La intensidad total en el sistema viene dada por It = I1 + I2 + I3
La intensidad en cada resistencia es : I1 = V/R1 , I2 = V/R2, I3 = V/R3
Ejemplo:
Se conectan tres resistencias R1 = 6 Ω , R2 = 9 Ω y R3 = 18 Ω en paralelo como lo muestra la figura 1 . si
la batería proporciona una diferencia de potencial de 120 voltios, calculemos la resistencia total
equivalente, la corriente total y la corriente por cada resistencia .
Solución:
La resistencia equivalente es 1 = 1 + 1 + 1
= 3+2+1 = 6
Req 6 Ω 9 Ω 18 Ω
18 Ω 18 Ω
1 = 6
Req 18 Ω
donde 6 Req =18 Ω , o sea, Req = 3 Ω
La corriente total es I = V/R
I = 120 V / 3 Ω = 40 A
La corriente en cada resistencia es : I1 = 120v/6 Ω = 20 A I2 = 120v/9Ω= 13,33A
6,66 A .
I1 = 120v/18Ω =
Si sumas las intensidades te da 40 A que es la total.
3.
Se conectan 4 resistencias de 2, 5,7 y 7 Ω de
acuerdo a la figurta anterior. Calcula:
a. Resistencia equivalente
b. La corriente total que circula si el voltaje
aplicado es de 84v
c. La diferencia de potencial o voltaje en cada
resistencia
4. La figura muestra dos resistencias en paralelo.
R1 = 10Ω y R2 = 5Ω. Están conectadas a una
batería de 120 voltios.
Calcula la resistencia equivalente
La corriente total y la corriente en cada
reistencia
1. describe como están conectadas las
resistencias en cada uno de los casos
anteriores
2. Se conectan tres bombillos como se muestra la
figura. Explica que pasa si se abre uno de los
tres interruptores A, B o C.