Manual de prácticas de Física I 7 Ley de Ohm Objetivo Demostrar experimentalmente la ley de Ohm, al efectuar mediciones de voltajes e intensidades de corriente en una misma resistencia eléctrica, para comprender sus aplicaciones. 1. Aspectos teóricos Un circuito eléctrico es un sistema en el que fluye la corriente a través de un alambre conductor un una trayectoria completa, debido a una diferencia de potencial o voltaje. Un foco conectado a una pila por medio de un alambre conductor es un ejemplo de circuito simple. En cualquier circuito eléctrico por donde se desplacen los electrones en una trayectoria cerrada existen los siguientes elementos fundamentales: voltaje, corriente y resistencia. Un circuito está cerrado cuando la corriente eléctrica circula en todo el sistema y estará abierto cuando no circule por él. Para abrir o cerrar el circuito se utiliza un interruptor. Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, en paralelo o en forma mixta. Al conectar en serie un circuito todos los elementos conductores se unen uno a continuación del otro, debido a ello la corriente eléctrica circula por cada uno de los elementos, de tal manera que si se abre el circuito en cualquier parte se interrumpe totalmente la corriente. Al conectar un circuito en paralelo los elementos conductores se encuentran separados en varios ramales y la corriente eléctrica se divide en forma paralela en cada uno de ellos; así al abrir el circuito en cualquier parte, la corriente no será interrumpida en los demás. El físico alemán George S. Ohm demostró mediante sus experimentos que se aumenta la diferencia de potencial o voltaje en un circuito, es mayor la intensidad de la corriente eléctrica. También comprobó que al aumentar la diferencia del conductor disminuye la intensidad de la corriente. Enunció la siguiente ley que lleva su nombre: La intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicado a sus extremos e inversamente proporciona a la a resistencia del conductor. Su expresión matemática es: I = V/ R; de donde: R = V / I. La ley de Ohm presenta algunas limitaciones: a) Se puede aplicar a los metales pero no al carbón o a los materiales utilizados en los transistores. b) En virtud de que la resistencia cambia con la temperatura, debe cuidarse este fenómeno al aplicar la ley. c) Algunas aleaciones conducen mejor las cargas en una dirección que en otras. Nota: Antes de iniciar la actividad experimental No. 7 el profesor del grupo deberá preparar a los alumnos para que aprendan a utilizar el multímetro a fin de que puedan medir resistencias, voltajes, e intensidades de corriente eléctrica. 2. Cuestionario de conceptos antecedentes a) ¿Qué elementos fundamentales constituyen un circuito eléctrico? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ b) ¿Cuándo está cerrado y cuándo abierto un circuito? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 38 Manual de prácticas de Física I c) ¿Cómo se unen los elementos conductores en cualquier circuito en serie y qué sucede al abrirse el circuito en cualquier parte? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ d) ¿Qué sucede con la corriente eléctrica al abrir un circuito en paralelo? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ e) Escribir el enunciado de la ley de Ohm. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ f) ¿Cuáles son las expresiones matemáticas de la intensidad y la resistencia eléctrica? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ 3. Hipótesis Reflexionar sobre lo siguiente: ¿Por qué al incrementar la diferencia de potencial o el voltaje en un circuito también aumenta la intensidad de la corriente eléctrica? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ¿Qué sucede si aumenta la resistencia de un conductor eléctrico? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 39 Manual de prácticas de Física I 4. Desarrollo Material y equipo Material C antidad 2 4 Multímetros o un voltímetro y un amperímetro Pilas nuevas de 1.5 volts cada una Interruptor 1 1 Resistencia con valor entre 300 y 400 Cables de conexión Cinta adhesiva Procedimiento a) Montar un circuito eléctrico como el que se muestra en la figura. Observar que el multímetro al funcionar como amperímetro se conecta en serie con el circuito y el multímetro al trabajar como voltímetro se conecta en paralelo con el circuito. Seleccionar una resistencia cuyo valor esté comprendido entre 300 y 400. Tener cuidado de colocar en forma correcta el selector de los multímetros según se requiere (sí se tienen dudas al respecto consultar con el profesor o el auxiliar de laboratorio) b) Cerrar el circuito y efectuar la lectura del voltaje real suministrado por la pila al circuito, así como la intensidad de corriente que circula en él expresada en amperes. Anotar los valores en el cuadro de registro de resultados. c) Abrir el circuito por medio del interruptor y con el mismo circuito motado variar únicamente el voltaje, aumentándolo a tres volts. Para ello, unir en serie dos pilas de 1.5 volts. Cerrar el circuito y leer el voltaje real que suministran las pilas al circuito y la intensidad de corriente, esta última expresarla en amperes. Escribir los valores en el cuadro. d) Repetir el paso c pero incrementando el voltaje a 4.5 volts y después a 6 volts, mediante tres y cuatro pilas de 1.5 volts conectadas sen serie, respectivamente. En cada caso anotar en el cuadro los valores del voltaje real de intensidad de corriente en amperes. Voltímetro + V- Resistencia Pila de 1.5 v Interruptor + A - Amperímetro 40 Manual de prácticas de Física I 5. Reporte de resultados Variación Del voltaje Voltaje real (V) en volts Intensidad de la corriente en amperes Pila de 1.5 V Dos pilas de 1.5 V 4.5 volts 6 volts 6. Conclusiones Reflexionar acerca de la posible utilidad práctica que puedan tener las actividades realizadas, tanto en la vida cotidiana como en sus aplicaciones productivas y laborales. 41