06/04/21 LEY DE OHM N. Ayús, D. Durango Departamento de Ingenierías Universidad de Córdoba, Montería RESUMEN En el presente informe, se buscó de mostrar de manera practica y teórica la ley de ohm, se estudiaron los principios de la misma a través de simulaciones de circuitos, en el cual fueron analizados los comportamientos de la resistencia en función del voltaje o de la intensidad de la corriente en función de la resistencia, con esto se comprobará los principios teóricos de acuerdo con la simulación. Ohm descubrió que la corriente que pasa por un circuito es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del circuito, por consiguiente, para un circuito dado de resistencia invariable (constante) la corriente y el voltaje, mayor es la corriente. Sin embargo, si se duplica la resistencia de un circuito y la corriente disminuye a la mitad. A resistencia, menor corriente. la diferencia de potencial, a la resistencia e a la intensidad de la corriente. Las unidades de esas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son, respectivamente, voltios (V), ohmios (Ω) y amperios (A). 1. TEORÍA RELACIONADA resistencias en paralelo es menor que el valor de la más pequeña de cada una de las resistencias implicadas. La ley de ohm es conocida como la relación que existe existente entre conductores eléctricos y su resistencia que establece que la corriente que pasa por los conductores es proporcional al voltaje aplicado en ellos. Ohm descubrió al principio del siglo XIX que la corriente a través de un metal era directamente proporcional al voltaje o diferencia de potencial eléctrico por el metal. El descubrimiento de Ohm condujo a la idea de la resistencia en los circuitos. Como resultado de su investigación, en la que experimentaba con materiales conductores, el científico alemán Georg Simón Ohm llegó a determinar que la relación entre voltaje y corriente era constante y nombró a esta constante resistencia. Esta ley fue formulada por Georg Simón Ohm en 1827. La formulación original es: I = V /R [1]. La Ley de Ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo"[2], se puede expresar matemáticamente en la siguiente ecuación: donde, empleando unidades del Sistema internacional, tienes que: La corriente eléctrica es un flujo de portadores de cargas eléctricas, debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente. Por otro lado, cabe destacar el significado de tensión que no es más que a la diferencia de potencial en dos puntos de un circuito eléctrico. [3] Se dan 3 Casos de resistencia: Con la resistencia fija. La corriente sigue a la tensión. Un incremento en la tensión, significa un incremento en la corriente y un incremento en la corriente significa un incremento en la tensión. Con el voltaje fijo. Un aumento en la corriente, causa una disminución en la resistencia y un incremento en la resistencia causa una disminución en la corriente. Con la corriente fija. El voltaje sigue a la resistencia. Un incremento en la resistencia, causa un incremento en el voltaje y un incremento en el voltaje causa un incremento en la resistencia. Para tres valores de resistencia diferentes, un valor en el eje vertical (corriente) corresponde un valor en el eje horizontal (voltaje). Las pendientes de estas líneas rectas representan el valor de la resistencia. [4] I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω). La relación V=IR puede aplicarse a cualquier resistor donde V es la diferencia de potencial entre los dos extremos del resistor, I es la diferencia a través del resistor y R es el valor de la resistencia en estas condiciones. Cuando en un circuito hay dos o mas resistencias en serie, la resistencia total se calcula sumando los valores de dichas resistencias. Si las resistencias están en parapelo9, el valor total de la resistencia del circuito se obtiene mediante la fórmula. En el circuito paralelo los dispositivos eléctricos, están dispuestos de manera que todos los polos, electrodos y terminales positivos se unen en un único conductor, y todos los negativos en otro, de manera de que cada unidad se encuentre en realidad en una derivación paralela. El valor de dos resistencias iguales en paralelo es igual a la mitad de valor de las La fuente de todas las cargas eléctricas reside en la estructura atómica. La carga de un electrón es la unidad básica de la carga. La medida para la carga es el coulomb (C) en honor al físico francés Charles Augustin de Coulomb. La carga de un electrón es igual a 1,60 x10−19 C. Esto significa que una carga de 1 C es igual a la carga de 6,25x1018 electrones. 2. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO Primeramente, se realiza el montaje del circuito, luego se ajusta por lo menos 5 valores diferentes de voltaje de la fuente que se obtuvo de cada voltaje y la corriente en el resistor R. Se registran los datos obtenidos en una tabla de valores, para luego graficarlos y conseguir una curva de voltaje vs corriente. La pendiente de la misma representara el valor de la resistencia utilizada en el circuito. LEY DE OHM N. Ayús, D. Durango 3. RESULTADOS Primera parte: Variación de la corriente respecto a la variación del voltaje aplicado. I. Abrimos la simulación Kit de construcción de circuitos y hacemos clic en laboratorio II. Elija ‘Corriente convencional’. III. Utilice los componentes del lado izquierdo para construir el circuito que se muestra en la figura 1. R1(Ω) = 5 Ω R1(Ω) = 10 Ω V(V) I(A) V(V) I(A) 34,29 26,09 17,39 14,29 8,57 5,97 4,96 6,86 5,22 3,48 2,86 1,71 1,19 0,99 53,33 39,34 26,67 21,62 15,38 11,76 9,37 5,33 3,93 2,67 2,16 1,54 1,18 0,94 IV. Haga clic en la resistencia (R1) y fíjala en 5Ω, Es decir, R1 = 5Ω. Tabla 1. Valores de voltajes y corriente para las resistencias constantes (R1 y R2). V. Haga clic en la batería y coloque el voltaje de ella en 120V. VI. Haga clic en el Voltímetro desde el lado derecho y arrástrelo para medir el voltaje (V1) a través de R1. Segunda parte: Variación de la corriente respecto a la variación de la resistencia eléctrica. VII. Haga clic en el amperímetro desde el lado derecho y arrástrelo y colóquelo en serie con R1 (antes o después de R1) para medir la corriente (I1). VIII. Varia el reóstato (Re) para obtener 6 lecturas diferentes de la corriente eléctrica (I) y los valores correspondientes de la tensión (V) Reportamos los valores obtenidos en la tabla 1. I. Ahora utilizando la simulación, realice un esquema, de un circuito, como el de la figura 2. Usando los componentes del lado izquierdo para construir dicho circuito. II. Haga clic en la batería y fíjala en 25V, Es decir, Vbateria = 25V. III. Inicialmente utilizamos una resistencia (R1) y la fijamos en 15Ω. IV. Haga clic en el Voltímetro desde el lado derecho y arrástrelo para medir el voltaje (V1) a través de R1, que debe mantenerse constante. V. Haga clic en el amperímetro desde el lado derecho, arrástrelo y colóquelo en serie con R1 (antes o después de R1) para medir la corriente (I1). VI. Varía la resistencia R1 desde 15Ω en paso de 15Ω hasta 90Ω, para obtener 6 lecturas diferentes de la corriente eléctrica (I). Reportamos los valores obtenidos en la tabla 2. Figura 1. Esquema de la simulación con R1 = cte IX. Reemplace R1 por R2 = 10Ω en el circuito de la figura 1. X. Vuelve a variar el reóstato (Re) para obtener 6 lecturas diferentes de la corriente eléctrica (I) y los valores correspondientes de la tensión (V) para R2. Luego, registre los valores en la tabla 1. Figura 2. Esquema de la simulación con V = cte. 2 LEY DE OHM N. Ayús, D. Durango 4. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES - De las gráficas anteriores se puede concluir que a medida que incrementa la tensión la intensidad aumenta, y se produce una relación lineal. V(V) = 25.0 V 2. R(Ω) I(A) 15 30 45 60 75 90 105 1,67 0,83 0,56 0,42 0,33 0,28 0,24 Tabla 2. Valores de resistencia y corriente para un voltaje constante. ¿Qué concluyes de estas gráficas? - Al graficar se obtiene una línea recta lo cual indica que las magnitudes I y ∆V son directamente proporcionales y la pendiente de la gráfica es M= 1/R. aplicando a ley de ohm después de medir ∆V e I se deduce que: R=I/∆V, esta es la fórmula experimental que obtiene que de la ley de ohm y para llevarla a la formula teórica se realiza: 1/R = ∆V/I por eso obtiene un resultado de 0.01 Ω). 3. ¿Cuál es la ecuación que liga o relaciona a las variables? 1 - La ecuación que liga las variables es I = 0.01 1 ∆ V Ω Evaluación 1. Trazar los gráficos de V vs I para los valores obtenidos en la tabla 1, para las dos resistencias. 4. ¿Cuál es el significado físico de la pendiente de estas gráficas? - La pendiente de la gráfica es m=0.01 1 / Ω, la pendiente tiene unidades inversas de la gráfica y también vemos que 1/m= 100 Ω y este valor es de la resistencia del circuito, la pendiente de la gráfica anterior, representa el inverso de la resistencia del circuito, hemos anunciado entonces que. I=∆ V /R o IR=∆ V. 5. A partir de la tabla 2, realiza un gráfico de I en función de la resistencia. Realice el respectivo ajuste y análisis de esta gráfica. Grafica 1. Voltaje vs intensidad de corriente Grafica 3. Resistencia vs intensidad - Se puede observar mediante l grafica que la resistencia es inversamente proporcional a la intensidad entre más aumente una de ellas la otra disminuirá. Además, el área bajo la gráfica resulta ser la tensión en (v). Grafica 2. Voltaje vs intensidad de corriente 3 LEY DE OHM N. Ayús, D. Durango 6. ¿Qué concluyes de la gráfica intensidad de la corriente en función de la resistencia? [7]. SERWAY, Raymond A, Física, vol II. Edit. McGraw-Hill, tercera edición revisada, 1993. - Si aumenta la resistencia en un circuito, la corriente disminuye como se muestra en la figura 2 esto nos quiere dar a entender que en este caso las variables son inversamente proporcionales. Se puede analizar que, según lo concluido antes, resistencia vs corriente debería dar una recta si el material es óhmico, pero nos da una curva debido al hecho de utilizar una pequeña lamina como resistencia de carga, ya que ésta actúa como una resistencia noóhmica, es decir, variable. Así que todo el análisis hecho en los puntos anteriores no es válido aquí. Entonces cuando la resistencia no tiene un valor constante y no cumple con la Ley de Ohm, el gráfico de la resistencia en función de la corriente no será una línea recta, sino mostrará una curva de pendiente variable como la obtenida anteriormente. En este caso el circuito no cumple la Ley de Ohm. 4. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES Se estudio la relación entre la diferencia de potencial ∆V, la intensidad de corriente I y la resistencia eléctrica para los materiales óhmicos y no-óhmicos, también se estudiaron la resistencia que tiene una lámpara en un circuito eléctrico y al notar que el aumento el valor de la diferencia de potencial la resistencia de la lámpara aumenta, impidiendo así el paso de electrones, también se notó cuáles son los materiales óhmicos y no óhmicos en nuestro laboratorio y esto fue gracia a la gráfica de I vs ∆V, eso lo hicimos para observar que materiales cumplen así con la ley de ohm. 5. REFERENCIAS [1]. La ley de Ohm - Explicación sencilla de la fórmula de la ley de Ohm. - Logicbus SA de CV (s / f). Recuperado el 5 de mayo de 2021, sitio web de Com.mx: https://www.logicbus.com.mx/ley-de-ohm.php. [2]. 3q8 8. (s / f). Recuperado el 5 de mayo de 2021, sitio web de Educacion.es: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaqu imica/3quincena11/3q11_contenidos_5d. [3]. Halliday, Física tomo II. editorial CECSA. [4]. Física Conceptual, Paul Hewitt, Editorial, Pearson educación. [5]. Guía de Laboratorio de Física C. ICF - ESPOL. Revisión IV [6]. SERWAY, Raymond. Física, Edic. 5, Pearson Educación, México, 2001. 4
