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FISICA IV : ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
GUIA DE LABORATORIO: LEY DE OHM
OBJETIVO DE LA EXPERIENCIA:
Estudiar la relación entre voltaje y corriente en materiales óhmicos y no óhmicos.
METODOLOGIA:
Consiste en medir y graficar en tiempo real la relación entre el voltaje y la corriente sobre un
elemento resistivo utilizando una interfase de adquisición de datos PASCO . Visualizar el
apartamiento de la ley de Ohm para elementos tales como un diodo y una lampará
incandescente.
FUNDAMENTO TEÓRICO:
Ohm descubrió que cuando el cambia voltaje (diferencia de potencial) a través de un
elemento resistivo con resistencia, R, la corriente, I, a través del mismo también cambia.
Esto es:
I=V/R
“La corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente
proporcional a la resistencia”.
En otras palabras, cuando el voltaje se incrementa, también lo hace la corriente
siendo la constante de proporcionalidad la resistencia.
La corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Cuando la resistencia
aumenta, la corriente disminuye.
Si el voltaje a través de un elemento resistivo de tipo óhmico es incrementado, un
gráfico de voltaje en función de la corriente mostrará una línea recta (indicando una
resistencia constante). La pendiente de esta recta representa entonces el valor de la
resistencia.
Sin embargo, si la resistencia varía (si la resistencia no es óhmica), el gráfico de
voltaje en función de la corriente no será una línea recta. Mostrará, en cambio, una curva de
pendiente variable.
Para una resistencia típica, el valor de su resistencia no varía apreciablemente. Por
el contrario, para un bulbo luminoso, la resistencia del filamento variará cuando se caliente y
se enfríe. Para altas frecuencias en AC (corriente alterna), el filamento no tiene tiempo de
enfriarse, por lo cual permanece aproximadamente a temperatura constante y la resistencia
permanece relativamente invariable. Para bajas frecuencias en AC (por ejemplo, menores
que 1 Hz) el filamento tiene tiempo de cambiar de temperatura. Como consecuencia, la
resistencia del filamento variará drásticamente y el resultado de la variación en la corriente
del filamento es interesante de observar.
En la primera parte de esta actividad, deberá investigar la relación entre corriente y
voltaje para distintas resistencias. En la segunda parte, investigará dicha relación para el
filamento de un pequeño bulbo luminoso y un diodo emisor de luz (LED).
EQUIPO NECESARIO:





Interface SCIENCE WORKSHOP
Computadora
Amplificador de potencia
Plaqueta con resistencias de 10, 33 y 100  y lampara
Cables de conexión.
TECNICA OPERATORIA:
Procedimiento Primera Parte: Resistencias
En esta parte de la actividad, el amplificador de potencia suministra voltaje a una
resistencia de 10  que está montada sobre una plaqueta. La interface SCIENCE
WORKSHOP medirá el voltaje de salida de la resistencia y la corriente proveniente del
amplificador, y registrará y exhibirá los datos. Puede utilizar un gráfico de voltaje en función
de la corriente para confirmar el valor de la resistencia.
1. Conecte la interface y el amplificador de potencia a la red de alimentación de 220
V.
2. Conecte la interface SCIENCE WORKSHOP a la computadora.
3. Encienda la interface, amplificador y luego la computadora.
4. Inserte la conexión del amplificador de potencia en el canal analógico A.
5. Haga doble clic en el icono ScienceWorkshop para correr el programa.
6. En FILE (Menú Principal) seleccione OPEN (Abrir) y abra el documento
“P40_OHM.SWS” que se encuentra en el directorio indicado en la Fig.1. El
documento se abrirá mostrando un osciloscopio con voltaje (V) en función de
corriente (A), y una ventana del generador de señal que controla el amplificador
de potencia. Las opciones de muestreo para esta actividad son: Muestreo
periódico: rápido a 4000 Hz. (correspondiente al uso, en la ventana del
osciloscopio, del control de la velocidad de barrido). El generador de señal (Fig.3)
tiene una salida de 2.97 V, forma de onda triangular en AC, para 60 Hz. Se
coloca en “Auto”, de tal manera que comience automáticamente cuando se
seleccione “Rec” o “Mon”, y se detenga automáticamente cuando se seleccione
“Stop” o “Pause”. El osciloscopio está preparado para mostrar el voltaje de salida
(OUT) en el eje vertical con 1.000 V/div. y la corriente (A) en el eje horizontal con
0.100 V/div. Ubique la ventana del osciloscopio y la ventana del generador de
señales, de tal manera de poder observar ambas simultáneamente. No es
necesario calibrar el amplificador de potencia.
7. Con los cables de conexión conecte la resistencia de 10  a la salida del
amplificador.
8. Con el ratón, haga clic en el botón “Mon” para comenzar a monitorear datos.
Observe la evolución del voltaje y la corriente en la ventana del osciloscopio. Si
fuera necesario, ajuste el eje vertical o el eje horizontal del osciloscopio usando
los botones de “voltios por división (V/div)” (Fig.2). observe el trazo de voltaje
en función de la corriente por unos segundos y luego haga clic con el ratón en el
botón “Stop” para detener el monitoreo.
9. Seleccione con el ratón la ventana del osciloscopio para activarla.
10. Imprima la figura del osciloscopio.
Fig.1
Fig.2
voltios por división
(V/div)”
Fig.3
Cursor inteligente
Incremento de velocidad de barrido
Entrada horizontal
Amplitud
Frecuencia
Velocidad de barrido
Análisis de datos:
Seleccione el botón “Cursor inteligente” en el osciloscopio (Fig.2). El cursor
cambiará a una cruz. Mueva el cursor en el área de exhibición del osciloscopio. La
coordenadas se muestran junto a los ejes correspondientes. Use las coordenadas de un
punto del trazo en la gráfica para determinar la pendiente de dicho trazo (recordar que el
otro punto es el origen). Anote el valor de la pendiente:
Pendiente (10) = ..............................voltios/amperios.
Conecte ahora la resistencia de 33 . Seleccione el botón “Incremento de
velocidad de barrido” (Fig.2) en la ventana del osciloscopio para cambiar la sensibilidad
del eje horizontal a 0.020 V/div. Repita el experimento y anote la nueva pendiente:
Pendiente (33) = ..............................voltios/amperios.
Conecte ahora la resistencia de 100  y modifique la sensibilidad del eje horizontal a
0.010 V/div. Repita el experimento y anote la nueva pendiente:
Pendiente (100) = .............................voltios/amperios.
Procedimiento Segunda Parte: Lampara
Para esta parte de la actividad se utilizará el filamento de un bulbo luminoso como
resistencia. En la ventana del amplificador de potencia podrá cambiar la amplitud y la
frecuencia de la forma de la onda de salida de corriente alterna (Fig.3). Podrá también
cambiar algunos de los parámetros de trabajo del osciloscopio.
1.
2.
3.
4.
Haga clic en la ventana del generador de señales para activarla.
Haga clic sobre el valor de amplitud para resaltarlo y cámbielo a 2.5.
Haga clic sobre el valor de frecuencia para resaltarlo y cámbielo a 0.30.
Seleccione con el ratón la ventana del osciloscopio para activarla.
5. Haga clic en el botón de “entrada horizontal” (Fig.2) y seleccione “entrada de
tiempo” (al final de la lista).
6. Haga clic en el botón de “velocidad de barrido” repetidamente hasta que dicha
velocidad sea 500.00 ms/div.
7. Haga clic en el botón de “entrada horizontal” y seleccione nuevamente
“analógico A” (al principio de la lista).
8. Ajuste el eje horizontal (V/div del canal señalado como Analógico A) procediendo
de la misma manera que lo hizo en el punto (6) hasta alcanzar el valor 0.050
V/div.
9. Con los cables de conexión conecte la lamparita al amplificador de igual manera
que lo hizo anteriormente con las resistencias.
10. Haga clic en “MON” para comenzar a monitorear los datos. Observe la gráfica
del osciloscopio de voltaje en función de corriente para el filamento del bulbo
luminoso y ajuste las escalas horizontal y vertical usando los botones de
“voltios/división” si fuera necesario. Espere algunos segundos y luego haga clic
en el botón “STOP” para detener el monitoreo.
11. Imprima la figura del osciloscopio.
Procedimiento Tercera Parte: Diodo
Para esta parte de la actividad se utilizará un diodo conectado en serie a una
resistencia. El procedimiento es similar al seguido en el caso anterior (lampara).
1. Haga clic en la ventana del generador de señales para activarla.
2.
Haga clic sobre el valor de amplitud para resaltarlo y cámbielo a 5.
3.
Haga clic sobre el valor de frecuencia para resaltarlo y cámbielo a 0.50.
4.
Seleccione con el ratón la ventana del osciloscopio para activarla.
5.
Haga clic en el botón de “entrada horizontal” (Fig.2) y seleccione “entrada
de tiempo” (al final de la lista).
Haga clic en el botón de “velocidad de barrido” repetidamente hasta que
dicha velocidad sea 500.00 ms/div.
7.
Haga clic en el botón de “entrada horizontal” y seleccione nuevamente
“analógico A” (al principio de la lista).
8.
Ajuste el eje horizontal (V/div del canal señalado como Analógico A)
procediendo de la misma manera que lo hizo en el punto (6) hasta alcanzar el
valor 0.010 V/div.
9.
Similarmente, ajuste el eje vertical (V/div del canal señalado como OUT) al
valor 2.000 V/div.
10.
Con los cables de conexión conecte el diodo y resistencia al amplificador de
igual manera que lo hizo anteriormente con las resistencias.
11.
Haga clic en “MON” para comenzar a monitorear los datos. Observe la
gráfica del osciloscopio de voltaje en función de corriente para el filamento del
6.
bulbo luminoso y ajuste las escalas horizontal y vertical usando los botones de
“voltios/división” si fuera necesario. Espere algunos segundos y luego haga clic
en el botón “STOP” para detener el monitoreo.
12.
Imprima la figura del osciloscopio.
CUESTIONARIO:
1. Comparar el valor de la pendiente obtenida del osciloscopio para la resistencia de 10 ,
con el valor real de la misma. ¿cuán cerca está el valor de la pendiente del valor de la
resistencia y porque la diferencia?
2. ¿Por qué cambia la pendiente del trazo del bulbo luminoso?
3. Explique porque uno esperaría que la temperatura afecte a la resistencia.
4. La pendiente para el gráfico del bulbo luminoso no es simétrica. ¿Por qué es diferente la
pendiente del trazo de la corriente cuando el filamento se está calentando, comparada
con el trazo de la corriente cuando el filamento se está enfriando?.
5. Explique el porque de la forma de la curva de respuesta para el caso del diodo y
determine el valor de la resistencia conectada al circuito.
BIBLIOGRAFÍA:



FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO - Kip
FÍSICA - Tomo II - Resnick y Halliday
Manual del usuario de la interface Science Workshop
Física IV
Hoja de datos
LEY DE OHM
Nombre:..............................................................
Fecha: ......./......./........
Grupo: ...............................................................
Comisión Nro.:............
Resistencia de 10  :
i (A)
v (V)
R ()
R  ..................... 
Resistencia de 33  :
i (A)
v (V)
R ()
R  ..................... 
Resistencia de 100  :
i (A)
v (V)
R  ..................... 
R ()