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LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº5
LEY DE OHM
DOCENTE:
JUAN PACHECO FERNANDEZ.
ESTUDIANTES:
ANGIE OVALLE RODRIGUEZ.
JOVANA ALTAMARCARRILLO.
SAMIR FRAGOZO.
EDUARDO CASTELLAR.
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLOGIAS
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
ELECTROMAGNETISMO
GRUPO: 11
VALLEDUPAR
2015
PRESENTACIÓN
Gracias al físico alemán Georg Simón Ohm (1787-1854), quien en 1827
planteó la ley de ohm nombrada así en honor a su apellido, la tecnología ha
tenido un avance inmenso. A partir de ese conocimiento, en áreas como la de
los circuitos eléctricos, se logró analizar y comprender muy fácilmente el
funcionamiento de éstos.
Éste físico logró introducir y cuantificar la resistencia eléctrica, es decir, la
igualdad de oposición que tienen los electrones al desplazarse a través de un
conductor. Georg, al hacer la resistencia eléctrica algo medible pudo
introducirla en su fórmula y además gracias a esto la unidad de resistencia
eléctrica se denominó ohmio.
Ohm, basado en sus experimentos enunció, en un artículo titulado "El circuito
galvánico investigado matemáticamente", que el voltaje en las terminales de
un conductor es directamente proporcional a la corriente que fluye a través del
mismo; este enunciado fue reconocido muchos años después como la ley de
Ohm, una ley básica de la electricidad que actualmente sigue siendo usada.
En el siguiente informe se dará a conocer la estructura matemática de la ley ya
nombrada y analizaremos experimentalmente el circuito más sencillo que
existe (una fuente con una resistencia), para así corroborar los planteamientos
del físico Georg Ohm, de manera que también se daremos a conocer las
formulas elaboradas por este personaje, como aplicarlas y cuando aplicarlas,
ya que estas ecuaciones solo pueden ser usadas con conductores conocidos
como Óhmicos.
OBJETIVO GENERAL
 Comprobar por medio de la experimentación la ley de Ohm.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
 Familiarizarse con voltímetros y amperímetros.
 Interpretar un circuito eléctrico y realizar conexiones.
 Determinar la curva V – I para los resistores óhmicos.
MARCO TEÓRICO
A continuación se presentan todos los principios y conceptos eléctricos
necesarios para la comprensión, realización y explicación de todos los
procesos y resultados obtenidos en esta práctica experimental.
LEY DE OHM
CIRCUITO ELÉCTRICO
Un circuito es una red eléctrica que contiene al menos una trayectoria cerrada.
Es el camino, ruta o trayecto que recorre una corriente eléctrica. Para decir que
existe un circuito eléctrico cualquiera, es necesario disponer siempre de tres
componentes o elementos fundamentales: Una fuente (E) de fuerza
electromotriz (FEM), que suministre la energía eléctrica, unos cables
conductores y una resistencia o carga, conectada al circuito, que consuma la
energía que proporciona la fuente de fuerza electromotriz y la transforme en
energía útil, como puede ser, encender una lámpara (Figura 1), proporcionar
calor, poner en movimiento un motor, amplificar sonidos por un altavoz o
reproducir imágenes en una pantalla.
Figura 1: Circuito eléctrico.
LEY DE OHM
La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon
Ohm, es una ley básica de la electricidad. Establece que la intensidad de la
corriente I que circula por un conductor es proporcional a la diferencia de
potencial △V que aparece entre los extremos del citado conductor. Ohm
completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica R; esta es el
coeficiente de proporcionalidad que aparece en la relación entre I y △V.
Para muchos conductores de la electricidad, la corriente eléctrica que fluye a
través de ellos, es directamente proporcional al voltaje que se le aplica.
Cuando se toma una vista microscópica de la ley de Ohm, se encuentra que la
velocidad de desplazamiento de las cargas a través del material, es
proporcional al campo eléctrico en el conductor. A la proporción entre el
voltaje y la corriente, se le llama resistencia, y si esta proporción es constante
sobre un amplio rango de voltajes, al material se le dice que es un material
"óhmico". Si el material se puede caracterizar por tal resistencia, entonces la
corriente se puede predecir a través de la ley de ohm.
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"
𝐼=
△𝑉
𝑅
(𝐸𝑐. 1)
Donde, empleando unidades del Sistema internacional de Medidas, tenemos
que:
I = Intensidad en amperios (A)
△V = Diferencia de potencial en voltios (V)
R = Resistencia en ohmios (Ω).
En una forma clásica y poco funcional para el desarrollo de una experiencia, la
ley de Ohm determina que para algunos materiales, como la mayoría de los
conductores metálicos, la densidad de corriente J y el campo eléctrico E se
relacionan a través de una constante 𝜎 llamada conductividad, característica de
cada sustancia. Es decir:
𝑱 = 𝜎𝑬
(𝐸𝑐. 2)
Esta es la ley de Ohm microscópica, es obtenida a partir de la noción del
campo eléctrico que acelera a los electrones que se desplazan libremente por
el metal conductor. Gracias a ella se ha obtenido la ley macroscópica
anteriormente descrita.
APLICACIONES DE LA LEY DE OHM
La importancia de esta ley reside en que con ella se resuelven numerosos
problemas eléctricos no solo de la física y de la industria sino también de la
vida real como son los consumos o las pérdidas en las instalaciones eléctricas
de las empresas y de los hogares. También introduce una nueva forma para
obtener la potencia eléctrica, y para calcular la energía eléctrica utilizada en
cualquier suministro eléctrico desde las centrales eléctricas a los
consumidores. La ley es necesaria, por ejemplo, para determinar qué valor
debe tener una resistencia a incorporar en un circuito eléctrico con el fin de
que este funcione con el mejor rendimiento.
MATERIALES
 2 Multímetros UT33C.
 1 Fuente de alimentación DC variable (Entrenador básico de electrónica
y física).
 4 Cables de conexión de 60 cm aproximadamente.
 2 Protoboard de dos tableros centrales y dos externos.
 1 Resistencia de potencia 5W4K7J.
 4 caimanes pequeños metálicos.
PROCEDIMIENTO
1. En la base para armar circuitos conecte la resistencia y la fuente eléctrica,
tal como se muestra en la Figura 2, cerciorándose de que se encuentre
apagada y con la perilla reguladora en cero voltios.
Figura 2: Montaje practica experimental.
2. Ponga uno de los multímetros en el modo de medición de corriente directa
(amperímetro), seleccionando la escala de corriente mayor para no exceder su
capacidad.
3. Bajo las condiciones indicadas, conecte el amperímetro en serie como se
muestra en la Figura 2.
4. Enseguida, coloque el segundo multímetro en el modo de medición de
voltaje (voltímetro) y seleccione la escala de 0-20 voltios. Observe que este
medidor debe conectarse en paralelo con la resistencia, tal como se muestra en
la Figura 2.
5. Una vez revisadas todas las conexiones del experimento encienda los
medidores primero y, posteriormente, la fuente de voltaje.
6. A continuación, mediante la perilla de la fuente, aumente el voltaje hasta 2
voltios y mida la corriente que pasa por la resistencia, usando el amperímetro,
en tanto que el voltaje mídalo con el voltímetro. No tome en cuenta la lectura
que marca la carátula de la fuente ya que no son exactos los valores que
indica. Si la corriente que pasa por la resistencia es tan pequeña que el
medidor prácticamente no la registra, use la siguiente escala menor hasta que
ésta pueda medirse sin dificultad.
7. Incremente el voltaje a 4 voltios y lleve a cabo las mediciones descritas en
el paso anterior.
8. Incremente el voltaje a 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 y 20 voltios, midiendo para
cada valor las cantidades indicadas en el paso 6. Registre estos valores en una
tabla de datos.
9. Terminadas las mediciones, apague la fuente, desconecte los medidores y
apáguelos.
RESULTADOS.
Haciendo uso del protoboard y los otros implementos, se organizó el circuito
mostrado en la Figura 2. En el circuito se conectó uno de los multímetros en
serie, para medir la corriente; y el otro en paralelo con las terminales de la
resistencia para medir el voltaje. De acuerdo a los cálculos previos, se utilizó
el multímetro como amperímetro en la escala de 20mA; mientras el otro se
utilizó como voltímetro en la escala de 20V.
El valor nominal o la medida proporcionada por la resistencia fue de 4.7 K𝛀.
Al encender la fuente, en esta se fijaron diversos valores de voltaje utilizando
el multímetro como voltímetro, y para cada uno se midió la corriente presente
en el circuito. Los valores medidos se muestran organizados en la Tabla 1.
VARIANZA
RESISTENCIA
VOLTAJE CORRIENTE RESISTENCIA
(V)
(I)
(R)
2,00V
0,43mA
4,65 K𝛀
(R - RP)𝟐
POTENCIA
DISIPADA (P)
0,86 mW
5,29 * 𝟏𝟎−𝟒
4,00V
0,86mA
4,65 K𝛀
3,44 mW
5,29 * 𝟏𝟎−𝟒
6,00V
1,30mA
4,62 K𝛀
7,8 mW
4,9 * 𝟏𝟎−𝟓
8,00V
1,73mA
4,62 K𝛀
13,84 mW
4,9 * 𝟏𝟎−𝟓
10,00V
2,16mA
4,63 K𝛀
21,6 mW
9 * 𝟏𝟎−𝟔
12,00V
2,60mA
4,62 K𝛀
31,2 mW
4,9 * 𝟏𝟎−𝟓
14,00V
3,03mA
4,62 K𝛀
42,42 mW
4,9 * 𝟏𝟎−𝟓
16,00V
3,46mA
4,62 K𝛀
55,36 mW
4,9 * 𝟏𝟎−𝟓
18,00V
3,89mA
4,63 K𝛀
70,02 mW
9 * 𝟏𝟎−𝟔
20,00V
4,34mA
4,61 K𝛀
86,8 mW
2,89 * 𝟏𝟎−𝟒
∑
46,27 K𝛀
1,61 * 𝟏𝟎−𝟑
Tabla 1: Resultados del procedimiento de medición.
En las siguientes figuras se muestra el proceso de medición realizado y los
resultados obtenidos en cada caso.
Figura 3: Proceso de medición utilizando un voltaje de 4,00V.
Figura 4: Proceso de medición utilizando un voltaje de 6,00V.
Figura 5: Proceso de medición utilizando un voltaje de 10,00V.
Figura 6: Proceso de medición utilizando un voltaje de 14,00V.
Figura 7: Proceso de medición utilizando un voltaje de 18,00V.
Utilizando el multímetro como óhmetro en la escala de 20 K𝛀, se midió la
resistencia utilizada en el proceso anterior. Su medida fue de 4,65 K𝛀. Esto se
muestra en la Figura 8.
Figura 8: Medición de la resistencia utilizada en el experimento.
10. Con cada pareja de valores de voltaje y corriente, obtenga el valor de la
resistencia.
Resultados.
Para cada pareja de valores de voltaje y corriente, utilizando la ley de Ohm, se
determinó el valor de la resistencia empleada en el procedimiento.
Igualmente, los resultados se resumen en la Tabla 1.
𝐼=
△𝑉
𝑅
𝑅=
(𝐸𝑐. 1)
△𝑉
𝐼
𝑅=
2,00𝑉
= 4,65𝐾𝜴
0,43𝑚𝐴
𝑅=
12,00𝑉
= 4,62𝐾𝜴
2,60𝑚𝐴
𝑅=
4,00𝑉
= 4,65𝐾𝜴
0,86𝑚𝐴
𝑅=
14,00𝑉
= 4,62𝐾𝜴
3,03𝑚𝐴
𝑅=
6,00𝑉
= 4,62𝐾𝜴
1,30𝑚𝐴
𝑅=
16,00𝑉
= 4,62𝐾𝜴
3,46𝑚𝐴
𝑅=
8,00𝑉
= 4,62𝐾𝜴
1,73𝑚𝐴
𝑅=
18,00𝑉
= 4,63𝐾𝜴
3,89𝑚𝐴
𝑅=
10,00𝑉
= 4,63𝐾𝜴
2,16𝑚𝐴
𝑅=
20,00𝑉
= 4,61𝐾𝜴
4,34𝑚𝐴
11. Obtendrá tantos valores de resistencia como parejas de corriente y voltaje
haya medido. Con todos los valores de resistencia, calcule:
Resultados.
* La resistencia promedio (RP).
∑𝑅
(𝐸𝑐. 3)
10
46,27 𝐾𝛺
𝑅𝑃 =
10
𝑅𝑃 =
𝑅𝑃 = 4,627 𝐾𝜴
* La desviación promedio (𝜎).
∑(𝐑 − 𝐑𝐏)𝟐
𝜎= √
10
(𝐸𝑐. 4)
1,61 ∗ 10−3
√
𝜎=
10
𝜎 = √1,61 ∗ 10−4
𝜎 = 0,01269
* El error porcentual.
𝑬=
⎸𝑴 − 𝒎⎹
∗ 𝟏𝟎𝟎
𝑴
(𝐸𝑐. 5)
Donde la M es el valor teórico (4,65 K𝛀), y la m es el valor experimental
(4,627 K𝛀).
𝑬=
⎹ 𝟒, 𝟔𝟓 𝑲𝜴 − 𝟒, 𝟔𝟐𝟕 𝑲𝜴 ⎹
∗ 𝟏𝟎𝟎
𝟒, 𝟔𝟓 𝑲𝜴
𝑬=
𝟎, 𝟎𝟐𝟑 𝑲𝜴
∗ 𝟏𝟎𝟎
𝟒, 𝟔𝟓 𝑲𝜴
𝑬 = 𝟎, 𝟒𝟗𝟓%
12. Realizar una gráfica de voltaje contra corriente:
Utilizando la herramienta Excel, se realizó la gráfica voltaje contra corriente.
La grafica se muestra a continuación en la Figura 9.
25
20
4.34, 20
3.89, 18
3.46, 16
Voltaje (V)
15
3.03, 14
2.6, 12
10
2.16, 10
1.73, 8
1.3, 6
5
0.86, 4
0.43, 2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Corriente (I)
Figura 9: Gráfica de voltaje contra corriente.
4
4.5
5
ANÁLISIS DE RESULTADOS
- Al aumentar el voltaje nos damos cuenta que la corriente aumenta, por lo que
podemos deducir que de acuerdo a la ley de ohm, la resistencia es constante.
Vale aclarar que la corriente no siempre aumenta proporcionalmente al
voltaje, aquí ocurre solo porque este tipo de circuito aparte de tener una
resistencia constante, es sencillo y no tiene otros componentes que afectan la
circulación de la corriente como transistores, diodos, transformadores etc.
- Muy bien pudimos apreciar que los valores que muestra la fuente no son
precisos, esto es porque el dispositivo no fue creado para la medición de
valores de voltaje, si no, para suministrar un voltaje y corriente continuo
(VCC), así que el uso del multímetro es de gran importancia para hallar los
valores correspondientes de potencia y corriente, ya que éste si es un
instrumento elaborado con cierta precisión para la medición de voltajes,
corrientes, resistencias, entre otros.
- En cada caso, el valor de resistencia obtenido a partir de la ley de Ohm
(aplicable por tratarse de conductores óhmicos) no es exactamente igual. Esto
se debe a que la fuente no es muy precisa en cuanto al voltaje que suministra,
a que el multímetro no mide con extremada precisión, y fundamentalmente, a
que no se está tomando en cuenta las caída de tensión a lo largo de los cables
de conexión utilizados.
CONCLUSIONES
- Aunque se varié el voltaje aplicado a la resistencia en el circuito, solo varía
la corriente, ya que el valor de la resistencia es constante. Es decir, se pudo
observar que para cada pareja de datos, la resistencia calculada fue la misma,
ya que las diferencias son despreciables considerando que la desviación y el
error
porcentual
fueron
sumamente
bajos,
(0,01269
y
0,495%
respectivamente).
- La ley de ohm es muy precisa a la hora de trabajar con datos nominales, y
esta nos da una idea clara acerca de por ejemplo, como son los valores de
corrientes circulando en un circuito, pero, a pesar de esto existen factores que
impiden que los valores sean iguales a los teóricos por ejemplo la temperatura,
ya que en las resistencias su valor óhmico se ve afectado por ésta y aunque se
tenga una fuente que suministre un voltaje continuo, es difícil que los valores
sean exactamente iguales.
- La corriente aumente de acuerdo a como aumente el voltaje cuando la
resistencia o carga del circuito sea constante.
- Dado que las fuentes dicen solo un valor de voltaje cercano al
verdaderamente utilizado, se empleó el multímetro, un instrumento que
proporciona un valor más preciso al de la fuente.
- Existen resistencias que pueden ser de un mismo valor óhmico, pero su
diferencia puede estar en la energía que disipan al medio ambiente conocida,
es decir que si se necesita una resistencia que sea muy pequeña pero se trabaja
con una corriente muy grande podremos usar una que disipe más energía al
medio.
- La ley de Ohm fue aplicable porque se utilizaron conductores óhmicos.
En esta práctica se comprobó experimentalmente la ley de Ohm.
Se usó el código de colores de resistencias para determinar el valor del
resistor.
Observamos cómo funcionan los resistores en un circuito al estar conectados
en serie y en paralelo.
En otro método, se realizaron mediciones de corriente y voltaje en una
conexión serie de un resistor desconocido y un amperímetro. Estos datos se
emplearon para realizar una gráfica V vs I, en donde el valor de la resistencia
desconocida estaba dada por la pendiente de la recta de dicha gráfica.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001601/cap02/Cap2tem1.ht
ml
Consultado el 28 de Mayo.
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/af_circuito/af_circuito_1.htm
Consultado el 28 de Mayo.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm
Consultado el 28 de Mayo.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/ohmlaw.html
Consultado el 28 de Mayo.