Trabajo practico- potencial de intensidad (página 2)

Realizadas estas aclaraciones, se prosiguió a
medir la diferencia de potencial (ddp) aplicada y la consecuente
intensidad del circuito(I) con la llave abierta y la llave
cerrada. Los resultados obtenidos fueron volcados en la TABLA
I. 

A continuación se trabajó con el
dispositivo señalado en el Figura II.

Se midió la diferencia de potencial entre los
puntos C y D (es decir, a los dos extremos de la resistencia) y la
intensidad de la corriente en esos puntos. De esta manera, el
amperímetro seguirá conectado en serie de la misma
manera que en la experiencia anterior, pero se deberá
cambiar la conexión del voltímetro y se
conectarán sus terminales en los puntos C y D, porque se
quiere medir la diferencia de potencial entre esos dos puntos (el
voltímetro se conecta nuevamente en paralelo, pero esta
vez a la resistencia). Luego, invertimos la conexión del
resistor y mediante el mismo procedimiento,
volvimos a hacer las mismas mediciones. Los resultados se
volcaron en la TABLA I.

Después de realizadas estas experiencias, se
procedió a estudiar la relación funcional entre la
intensidad de la corriente y la diferencia de potencial en la
resistencia.  Para ello, con la llave cerrada se fue
moviendo la perilla del potenciómetro (lo que modifica la
corriente que pasa por el circuito) y se midió la ddp en
el resistor para cada valor que
marcaba el amperímetro. Cabe aclarar que se tomaron diez
puntos cubriendo todo el rango de corriente que nos
permitió el potenciómetro (y para determinar este
rango se tomó la ddp correspondiente a la máxima
intensidad que permite cuando la perilla esta completamente hacia
uno de los lados y la ddp correspondiente a la mínima I,
con la perilla vuelta hacia el otro lado). Los resultados
obtenidos se volcaron en la TABLA II. A partir de esta tabla, se
realizó el Gráfico I en el que se graficó V
= f (i), es decir, la diferencia de potencial en función de
la Intensidad, teniendo en cuenta las incertezas propias de cada
medición, para ver qué
relación existe entre dichos factores en un circuito.
Entonces mediante el gráfico se obtuvo una forma de
calcular la resistencia del resistor.

Para calcular la resistencia de otra manera, se
realizó un nuevo cambio en el
circuito. Se desconectó la fuente y se utilizó un
multímetro como óhmetro para medir dicha
resistencia. La medida que proporciona el óhmetro
resultó

R = (39,0 + 0,1)
W.

Cabe aclarar que se utilizó una escala de
2000 W en el aparato. Este nuevo
circuito se observa en la Figura III.

Figura III

Otra forma de calcular la resistencia fue a partir de la
interpretación de la escala de colores. Esta
última fue facilitada por el ayudante del TP. El resistor
tiene 3 rayas en un extremo y una en el otro. Las tres primeras
rayas determinan las unidades, las decenas y el exponente del
multiplicador (potencia de base
10) por el cual va a tener que ser multiplicado el número
de dos cifras formado por los otros dos colores. Por
último, el color apartado en
el otro extremo (el que puede ser plateado o dorado) indica la
tolerancia del
resistor siendo de 5% con el dorado y del 10% con el plateado.
Así vemos que:

     Esquema de un resistor

     El dígito que
representa cada color de detalla en el siguiente
cuadro:

Vale aclarar que no se realizó una
medición, sino que simplemente se leyeron las
características de fabricación de la resistencia,
es decir, su valor nominal y la precisión con que fue
construida. De la escala y el cuadro podemos deducir que el valor
de la resistencia proporcionada por el fabricante es de 39
W, con una tolerancia del 5 %, teniendo como colores el
naranja en el primer dígito, el blanco como segundo, el
negro como exponente del multiplicador y el dorado como
número de tolerancia. De esta forma puede observarse que
el valor obtenido anteriormente con la resistencia vinculada al
ómhetro y el valor determinado por la tabla es el mismo, y
se verá en el análisis de la TABLA II y del
Gráfico I que también coinciden con el valor
hallado de la resistencia a partir de los mismos.

Contamos con el dato de la potencia máxima de
disipación de la resistencia utilizada. Este valor es el
siguiente:

P max (R) = 1 Watt

La potencia nos dice que podemos trabajar hasta un valor
máximo de intensidad. Es útil averiguar ese valor
para saber hasta donde podemos medir sin dañar el
resistor. Calculamos la intensidad máxima, y obtuvimos el
siguiente resultado:

I max = 0,1601
A

(Para ver el procedimiento de cálculo,
ver Apéndice I)

Si la intensidad supera este valor, entonces el resistor
se dañaría. Para lograr que una resistencia tolere
mayores intensidades, habría que lograr que no aumentara
tanto su temperatura,
es decir, que pudiera ceder más eficientemente al calor generado
al medio. Esto se consigue aumentando la superficie expuesta al
aire

La resistencia "a" tiene mayor longitud y mayor A,
entonces el valor de R no cambia pero disipa calor más
eficientemente, por lo que no se calienta tanto y no se
funde.

Parte II

En esta parte del trabajo se
estudiará el comportamiento
de un diodo. Se arma un dispositivo como el de la Figura
IV.

La figura muestra que el
diodo se colocó en serie con el resistor, y que el
voltímetro se colocó en paralelo con el
diodo.

Lo primero que se realizó fue medir la intensidad
y la ddp aplicadas entre los puntos C y D, con la llave abierta y
cerrada, como se hizo en la primera parte con la resistencia. Los
resultados se detallan en la TABLA I 

Luego, se invirtió la conexión del diodo.
Esto puede verse si se observa el esquema de la Figura
V.

Los resultados para esta experiencia también se
detallan en la Tabla I. Por ende, puede decirse que en el primer
caso el diodo se encontraba conectado en forma directa y en el
segundo en inversa. Además, es necesario aclarar que la
resistencia obtenida para el diodo es muy baja, por lo que fue
necesario mantener la presencia del resistor en el circuito, para
que la intensidad circulante no sea tan alta. De lo contrario,
podrían dañarse tanto el diodo como cualquiera de
los elementos, ya que la corriente es la misma en todo el
circuito.

A continuación,con la llave cerrada
y el diodo conectado en directa se midieron  los diferentes
valores de ddp
entre los extremos del diodo, variándolos alrededor de
diez veces con la perilla del potenciómetro, como
así también la intensidad para cada caso. Estos
valores se observan en la Tabla I y en el gráfico V=f(i)
(Gráfico II).

Parte
III

Para finalizar el TP se armó un circuito parecido
a los anteriores utilizando también un capacitor,
colocando el capacitor en lugar del diodo y el voltímetro
en paralelo al mismo. Este circuito se esquematiza en la Figura
VI.

En primera lugar se midió la diferencia de
potencial y la intensidad entre los puntos C y D con la llave
cerrada.. Luego, se midió con el mismo dispositivo la ddp
y la intensidad con la llave abierta. Los resultados se plasmaron
en la Tabla I y a partir de ellos se obtuvieron las distintas
conclusiones. Por último se repitieron las mediciones para
el capacitor invertido. Estos datos
también se plasmaron en la misma Tabla.

De esta manera concluyó el procedimiento
realizado en el trabajo
práctico, cabe aclarar que para cada experiencia se fueron
plasmando los resultados en las Tablas I y II y a partir de esta
última se realizaron los gráficos I y II (respectivamente).
También hay que destacar que para cada medición se
obtuvieron distintas observaciones, las cuales son plasmadas en
la sección Análisis de Tablas y Gráficos, y
por último, tomando un concepto general
y una visión abarcativa de este TP, se realizaron las
conclusiones.

Tablas

Tabla I.
Mediciones registradas en los distintos elementos
estudiados

            
Tabla II. Mediciones registradas en los distintos elementos
estudiados.

La incerteza utilizada fue asignada según el
criterio de la mínima división del instrumento de
medición, la cual fue mínimamente aumentada debido
a las fluctuaciones que no nos permitían realizar una
lectura
estable.

Análisis de tablas

Aca va lo que les marque en el tp de ale palma de an. De
tablas

Análisis de gráficos

Aca va lo del tp de ale palma de análisis de
graficos

Conclusiones

En este trabajo práctico hemos analizado los
circuitos
eléctricos en corriente continua. Para ello nos
propusimos dos metas: medir la diferencia de potencial que
aplicaba una fuente, y la intensidad que en consecuencia se
producía, en circuitos con
diferentes elementos, y también verificar la validez de la
Ley de Ohm con
diferentes elementos. Para ello tuvimos que en primer lugar
aprender a familiarizamos con dichos elementos, saber como
conectarlos y como trabajar con ellos. Sin esta primera parte de
utilización no hubiera sido posible la realización
de esta experiencia, por lo que la consideramos una parte
importante del resultado global: esto es, el aprender a trabajar
con elementos tales como el voltímetro,
amperímetro, resistor, etc.

En segundo lugar, dividimos el trabajo en tres partes,
donde en cada una se trató de verificar la Ley de Ohm
tratando un instrumento en especial: en la primera parte, el
resistor, en la segunda, el diodo, y la tercera, el capacitor.
Mediante medidas y gráficos determinamos cómo se
verificaba la relación entre diferencia de potencial e
intensidad. A continuación describiremos brevemente lo
realizado con cada elemento.

Con el resistor verificamos varias cosas. En primer
lugar, que muestra una cierta resistencia (aunque no total como
en el caso del diodo en posición inversa) frente al paso
de la corriente. En segundo lugar, que de los tres materiales, es
el único que verdaderamente cumple con la Ley de Ohm,
aunque hasta cierto punto, porque con el dato de la potencia del
resistor sabemos que se puede trabajar hasta una cierta
intensidad, pues de lo contrario, el resistor se
dañará y se verá afectada la relación
de proporcionalidad directa entre voltaje e
intensidad.

En segundo lugar, trabajamos con el diodo. Probamos que
no siempre conduce la corriente. Esto es fundamental. Con la
resistencia, al invertir la conexión, se registraban los
mismos valores. Con el diodo esto no sucede. La corriente
directamente no circula cuando se coloca al diodo en
posición inversa.

En tercer lugar, utilizamos el capacitor. Observamos,
como ya habíamos visto en el trabajo práctico
anterior, que el capacitor almacena la carga cuando se cierra la
llave, y cuando se la abre, éste se descarga. Si bien no
había resistencia en el circuito cuando utilizamos el
capacitor, observamos que cuando la llave se abría, el
capacitor se descargaba, y esto se debe a que se descargaba en un
elemento cuya resistencia es muy grande: el voltímetro.
Ahora bien, si no hubiéramos dejado conectado el
voltímetro al capacitor, éste hubiera quedado sin
descargar. También verificamos que el capacitor no cumple
con la Ley de Ohm, puesto que no es un material conductor:
almacena la carga y no conduce la corriente.

Apéndice

Para calcular la Intensidad Máxima del
Circuito:

    Pmax =
R. (Imax)2

1 Watt = 39 W.
(Imax)2     

 √1
Watt/ 39W = Imax

 Imax= 0,1601
A

Análisis y
Conclusiones

Luego de analizar los diferentes resultados y los
gráficos, se pudo redescubrir la ley de Ohm para el caso
del resistor. R=V/i. Es decir que la resistencia es
proporcionalmente directa a la diferencia de potencial y a la
intensidad de corriente tal como lo muestra el gráfico
correspondiente cuya pendiente es la denominada resistencia. Esta
ley no es de validez universal ya que no pudo ser corroborada
para elementos como el diodo o el capacitor. Otro instrumento ya
mencionado es el potenciómetro que es una resistencia
graduada, para variar la intensidad de corriente que pasa lo que
se hace es cambiar la perilla alargando o disminuyendo el largo
del mismo. Además se realizó una medición
extra calculando la ddp conectando el voltímetro en
paralelo con el potenciómetro y también en la
resistencia logrando corroborar que en serie la diferencia de
potencial total es igual a la suma de la diferencia de potencial
de los elementos involucrados.

Al cumplir la relación de Ohm podemos afirmar que
el resistor es un conductor ohmíco, es decir que en este
caso tiene validez el enunciado antes dicho. Igualmente, tampoco
en el caso del resistor tiene validez universal ya que al
aumentar V y por lo tanto lo mismo ocurre a I, va a llegar un
momento que la resistencia se sobrecalienta y se rompe. Para la
resistencia utilizada, de 1 watt de potencia disipada, solo
podré administrar hasta (6.856 ± 0.15)V de
diferencia de potencial ya que P=V2/R. Conociendo P y
R calculamos la diferencia de potencial máxima a la cual
podemos poner la resistencia. Debido a este valor, durante el Tp
se utilizó como potencia máxima 6V. La resistencia
del resistor se obtuvo utilizando 3 métodos:
La pendiente de la recta del gráfico (46,35
± 0,52)W, mediante la
escala de colores propuesta por el fabricante 
47W, utilizando el multímetro en
función de ohmnímetro directamente sobre la
resistencia (46,7 ± 0,1)W como se puede
observar todos los resultados se encuentra dentro de los mismo
intervalos de error por lo que se afirma que corresponden a la
misma variable y que los tres métodos son válidos
para el cálculo. Asimismo, se puede concluir que la
resistencia no tiene polaridad ya que es indiferente para que
lado se conecte, dando los mismos resultados de intensidad para
cada uno de los valores de
diferencia de potencial.

Por otra parte luego se analizó el comportamiento
de un diodo conectado primero en directa y luego en inversa. Para
el primer experimento luego de confeccionar los gráficos
correspondientes se infiere que el mismo no es un conductor
óhmico ya que no verifica la relación planteada.
Para pequeñas diferencia de potencial se comporta con una
resistencia muy grande, sin embargo para grandes ddp la
resistencia tiende a 0. Causalmente, se tiene que dejar conectada
la resistencia ya que de lo contrario no existiría casi
oposición al paso de corriente y esto
dañaría los equipos enchufados en el circuito. Al
conectarlo de la otra manera funciona a modo de llave abierta ya
que no permite el paso de la corriente. De este modo, el diodo
puede cumplir perfectamente la función de interruptor ya
que conectado en directa casi no opone resistencia y conectado en
inversa no permite el paso de corriente. Por últimos se
analizo el caso del capacitor, que tampoco se comporta como
conductor óhmico ya que al cerrarse la llave se carga el
capacitor sin permitir el paso de corriente, almacenando
energía y al abrirse se descarga. En conjunto se puede
decir que los tres conductores son necesarios para las distintas
acciones que
podamos hacer ya que cada uno tiene un comportamiento distinto y
en muchos casos complementario.

Conclusiones

           
En la primera parte del práctico, se pudo comprobar que es
indiferente el sentido (directo o invertido) en el que
esté ubicado el resistor; ya que no se advierte
ningún cambio en los valores de la Tabla I, se puede decir
que el resistor ofrece la misma resistencia a la corriente, en
cualquier sentido. En ambos casos se puede ver que la ddp y la
intensidad son nulas cuando el circuito se encuentra abierto (no
hay paso de corriente).

           
En cuanto a la posición del amperímetro, podemos
decir que el cambio de la misma no hace variar la intensidad de
la corriente que circula; esto se ve al cambiar la
ubicación del amperímetro dentro del circuito.
Esto  ocurre ya que no hay variación de intensidad en
todo el circuito, porque es un circuito de una sola rama por lo
que la intensidad no cambia en cada tramo.

           
A partir del Gráfico I y la Tabla III pudimos ver que se
comprueba la Ley de Ohm para el resistor, ya que en el
gráfico obtuvimos una recta que pasa por el origen,
pudiendo concluir que la intensidad varía en forma
directamente proporcional con respecto a la ddp. La pendiente de
esta recta representa la resistencia (R) que ofrece el resistor.
El valor de R calculado a través de la pendiente del
gráfico es similar al dado por el fabricante: 47
W con 5% de tolerancia; y similar al indicado
por el óhmetro: (46,7 +
0,1)W.

           
Rango de validez de la ley de ohm

           
En la segunda parte, a través de los datos de la tabla IV
podemos ver que no es lo mismo si el diodo se encuentra colocado
en directa o en inversa, ya que, en esta última
posición, la resistencia que ofrece es muy grande. En
ambos casos, si el circuito se encuentra abierto la ddp y la
intensidad son nulas, ya que no circula corriente.

           
Podemos distinguir cuando el diodo está invertido ya que
en este caso, los valores de ddp e intensidad para el circuito
cerrado son de cero. En cambio, en directa, y con el circuito
cerrado, los valores de las anteriores magnitudes no son nulos.
El resistor debe quedar conectado ya que, en caso contrario, el
diodo se quemaría.

           
A partir de la tabla V y el gráfico II se puede advertir
que el diodo no es un dispositivo óhmico (no cumple con la
Ley de Ohm), ya que la intensidad no varía en forma
directamente proporcional a la ddp, en el gráfico no se ve
una recta que pase por el origen, sino que en los primeros
valores de i,  la ddp varía abruptamente, para luego
"estabilizarse". A mayores valores de intensidad la
variación de la ddp es muy pequeña.

           
 En este caso el valor de la resistencia no es único,
ya que R es la recta tangente a cada punto de la curva;
así R=DV/ Di, y tiende a cero.

Autor:

Agustín Garrido