Laboratorio Nº1
“Ley de Ohm”
Integrantes:
Josefa Pérez F.
Bruno Schilling A.
Sebastián Defilippis N.
Profesor:
Luis Morales
Fecha de entrega:
16/04/2023
1. Resumen
En el siguiente experimento se logró identificar el comportamiento que presentaban
3 aparatos electrónicos distintos: una resistencia de 100 , una ampolleta y un
diodo. Se clasificaron estos materiales como óhmicos y no óhmicos, según lo que
establece la Ley de Ohm. Se esperaba obtener que la resistencia era un material
óhmico y que la ampolleta y el diodo resultaran ser materiales no óhmicos.
se realizó el experimento mediante un circuito que consistía en una fuente de poder,
un circuito RLC, PASCO y dos amperímetros conectados entre sí. Se realizaron
varias mediciones para cada uno de los aparatos electrónicos, luego estos
resultados se graficaron y se calculó la resistencia de cada medición con la ecuación
de la Ley de Ohm.
Al analizar estos resultados, se obtuvo varios datos relevantes. Para la resistencia
de 100 , se obtiene que la pendiente del gráfico es de 98 voltios por ampere y la
que se esperaba era de 99,7 . Con un error del 1,7% respecto al resultado
esperado, se logró concluir que resistencia de 100  se comportaba como un
material óhmico. En el caso de la ampolleta, se observó que los resultados tenían
una dispersión muy grande y resultaban ser no lineales, esto mismo ocurrió cuando
se analizaron los datos obtenidos con el diodo. Por lo tanto, se clasificó a estos
materiales como no óhmicos.
Estos resultados confirman la hipótesis planteada, sin embargo, no se debe olvidar
que en este tipo de experimento hay varios factores que afectan en la realización
del experimento, por lo que algunos resultados pueden presentar errores.
2. Objetivos
Uno de los principales objetivos de este experimento es identificar como se
relaciona el voltaje aplicado a un conductor y la corriente eléctrica que circula como
resultado de su aplicación. Además, se analizará como se relacionan entre ellas a
través de varios recursos de análisis. También, se espera observar,
experimentalmente, como se comporta la Ley de Ohm. Por último, se busca
identificar cuáles son aquellos materiales óhmicos y no óhmicos a través del cálculo
y análisis de la Ley de Ohm.
3. Hipótesis
Se espera observar distintos tipos de comportamientos en los materiales, para el
caso de la resistencia se espera ver un comportamiento lineal, siendo este un
material óhmico. Para el caso de la ampolleta y el diodo, se espera ver un
comportamiento no lineal, siendo estos materiales no óhmicos.
4. Marco Teórico
Antes de iniciar con el análisis de todos los cálculos que se han realizado, es
necesario precisar ciertos conceptos que son muy útiles para la mejor comprensión
de este laboratorio.
La Ley de Ohm, “establece que la intensidad de la corriente eléctrica (I) que circula
por un circuito eléctrico es directamente proporcional a la diferencia del potencial
(V), que aplicamos entre los extremos del circuito eléctrico y es inversamente
proporcional a la resistencia eléctrica (R) del conductor” [1]. Matemáticamente se
define como:
𝑉 = 𝐼∗𝑅
(𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 1)
Si un conductor satisface la relación anterior y cumple con ser lineal, a este se le
llama material óhmico. También, existen conductores que pueden experimentar
ciertos cambios en el valor de su resistencia, por lo que no cumplen con la relación
lineal entre voltaje y resistencia, estos son llamados materiales no óhmicos.
Imagen 1. Gráficos de la resistencia en materiales óhmicos y no óhmicos.
5. Montaje y Procedimiento Experimental
Para realizar el experimento se utilizaron los siguientes instrumentos:
-
Una fuente de poder
Circuito RLC, PASCO CI-6512
5 conectores banana
2 multímetros
1 resistencia
1 ampolleta
El experimento consta de tres partes que involucran el uso de tres dispositivos
eléctricos diferentes: una resistencia, una ampolleta y un diodo. En las 3 partes se
realiza una curva Voltaje vs Intensidad para poder determinar si aparatos utilizados
son o no óhmicos.
Para la primera parte del experimento, se conecta la fuente de poder con la
resistencia de 100  como se muestra en la figura 1. Luego, se van ajustando las
perillas (fuente de poder) para medir la intensidad de la corriente, se repite este
proceso 16 veces.
Figura 1. Montaje para las
mediciones en la resistencia de 100
.
En la segunda parte, se debe
reemplazar la conexión a la
resistencia por la conexión a la
ampolleta, como se muestra en la
figura 2. Al igual que en el proceso
anterior, se ajustan las perillas del
voltaje y se mide la intensidad de la
corriente eléctrica. Se repite esto 14
veces.
Figura 3. Montaje para las
mediciones en el diodo.
Figura 2. Montaje para las
mediciones en la ampolleta.
Para la última parte del experimento,
se cambia la conexión anterior a la
conexión al diodo, como se muestra
en la figura 3. Se realiza el mismo
proceso que se hizo en las partes
anteriores y se toman 10 mediciones.
Luego de tomar tomas las mediciones,
intercambian los cables que se
encuentran en ambos extremos del
diodo para observar si ocurre alguna
modificación. Esto se muestra en la
figura 4.
Figura 4. Montaje para las
mediciones en el diodo con los
cables intercambiados
Resultados
Los resultados obtenidos se resumen en las siguientes tablas.
Tabla 1. Mediciones tomadas en el experimento
Voltaje (Volt)
(valores aprox.)
0,5
1
1,5
2
42,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
Amperaje
Resistencia 100
Ohm (Ampere)
0,00503
0,01015
0,01526
0,02035
0,02542
0,03052
0,0356
0,041
0,0459
0,0506
0,0562
0,0613
0,0664
0,0715
0,0765
0,0817
Amperaje
Ampolleta
(Ampere)
0,03935
0,0514
0,0585
0,0712
0,0812
0,0931
0,0951
0,1034
0,1116
0,1156
0,1229
0,1333
0,1401
0,1475
Amperaje Diodo
(Ampere)
0
0
0
0,00117
0,00339
0,00701
0,01008
0,01327
0,01635
0,01956
Para calcular la resistencia de cada medición se realizó con la ecuación 1.
Tabla 2. Mediciones obtenidas al trabajar con la resistencia de 100  y su
respectiva resistencia.
Resistencia de 100 Ohm
Voltaje (Volt) Amperaje (Ampere)
Resistencia ()
0,499
0,00503
99,205
0,988
0,01015
97,340
1,501
0,01526
98,362
2,002
0,02035
98,378
2,501
0,02542
98,387
3,002
0,03052
98,362
3,501
0,0356
98,343
4,03
0,041
98,293
4,5
0,0459
98,039
5,02
0,0506
99,209
5,5
0,0562
97,865
6
0,0613
97,879
6,51
0,0664
98,042
7
0,0715
97,902
7,5
0,0765
98,039
8
0,0817
97,919
Tabla 3. Mediciones obtenidas al trabajar con la ampolleta y su resistencia.
Voltaje (Volt)
0,504
1,002
1,502
2,001
2,502
3,002
3,501
4,01
4,51
5,01
5,51
6
6,5
7
Ampolleta
Amperaje (Ampere)
0,03935
0,0514
0,0585
0,0712
0,0812
0,0931
0,0951
0,1034
0,1116
0,1156
0,1229
0,1333
0,1401
0,1475
Resistencia ()
12,808
19,494
25,675
28,104
30,813
32,245
36,814
38,781
40,412
43,339
44,833
45,011
46,395
47,458
Tabla 4. Mediciones obtenidas al trabajar con el diodo y su respectiva resistencia.
Diodo
Voltaje
(Volt)
0,5
1
1,5
1,998
2,501
3,002
3,5
4
4,51
5,01
Amperaje (Ampere)
Resistencia ()
0
0
0
0,00117
0,00339
0,00701
0,01008
0,01327
0,01635
0,01956
1707,692
737,758
428,245
347,222
301,432
275,841
256,135
Luego al registrar los datos obtenidos en el experimento del diodo, se
intercambiaron los cables de los extremos y se logra observar que el diodo cambia
de color.
Podemos graficar los resultados obtenidos y buscar una curva de tendencia lineal.
Gráfico 1. Intensidad de corriente eléctrica de una resistencia de 100  en
relación con la diferencia de voltaje.
Voltaje (V)
Voltaje vs Intensidad de corriente para una
resistencia
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
y = 97,904x + 0,0103
R² = 1
Series1
Lineal (Series1)
0
0,02
0,04
0,06
0,08
Intensidad de corriente (A)
0,1
Gráfico 2. Intensidad de corriente eléctrica de una ampolleta en relación con la
diferencia de voltaje.
Voltaje vs Intensidad de corriente para una
ampolleta
8
y = 61,656x - 2,2543
R² = 0,9897
7
Voltaje (V)
6
5
4
Series1
3
Lineal (Series1)
2
1
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
Intensidad de corriente (A)
Gráfico 3. Intensidad de corriente eléctrica de un diodo en relación con la
diferencia de voltaje.
Voltaje vs Intensidad de corriente para un
diodo
6
y = 198,85x + 1,3437
R² = 0,9316
Voltaje (V)
5
4
3
Series1
2
Lineal (Series1)
1
0
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
Intensidad de corriente (A)
Para el análisis de este experimento es interesante ver el cambio de la corriente
al variar el voltaje. Para esto se graficará el cambio de corriente por un volt
respecto al voltaje actual. Como se realizaron mediciones cada 0,5 volts, para
calcular el cambio de corriente por volt, se realiza la diferencia entre el valor de
corriente en el voltaje y el valor de corriente 0,5 volts más abajo. Luego se
multiplica por 2 para obtener el valor por un volt. Se considera que el amperaje
en 0 volts es 0 amperes.
Tabla 5. Cambio de la intensidad de corriente por volt respecto con el voltaje
actual
Voltaje (Volt)
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
Resistencia 100 ohm
(Ampere)
0,01006
0,01024
0,01022
0,01018
0,01014
0,0102
0,01016
0,0108
0,0098
0,0094
0,0112
0,0102
0,0102
0,0102
0,01
0,0104
Ampolleta
(Ampere)
0,0787
0,0241
0,0142
0,0254
0,02
0,0238
0,004
0,0166
0,0164
0,008
0,0146
0,0208
0,0136
0,0148
Diodo (Ampere)
0
0
0
0,00234
0,00444
0,00724
0,00614
0,00638
0,00616
0,00642
Se pueden graficar los datos obtenidos en la tabla 5.
Gráfico 4. Cambio de la intensidad de corriente por volt en relación con el voltaje
actual
Cambio de corritente (Amperes)
Cambio de la intensidad de corriente por
volt en relación con el voltaje actual
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
2
4
6
8
Voltaje (Volt)
Resistencia 100 ohm
Ampolleta
Diodo
10
6. Análisis de resultados
Como se ve a partir de la ecuación 1, los materiales óhmicos tienen una
proporcionalidad directa entre la corriente y la diferencia de voltaje que pasa por
ellos. Esto al verlo en un gráfico, se debiera ver como una recta en que parte desde
el origen.
En el gráfico 1, se puede apreciar como los datos se representan en una curva de
tendencia lineal. Si se busca la pendiente de la recta, se puede realizar un promedio
de los valores de la tabla 5. Calculando, se obtienen que la pendiente ideal es de
10,2 miliamperes por volt. Si se ocupa este valor para obtener la resistencia, se
espera que esta sea de 98 ohm. Con respecto al valor obtenido de la resistencia
ocupando un voltímetro de 99,7 (ver anexo) se aprecia una diferencia de 1,7% que
está dentro de un rango aceptable. Por lo tanto, se concluye que una resistencia de
100 ohm si es un material óhmico.
En el gráfico 2, se ve como los puntos no se logran conectar utilizando una recta.
Por lo tanto, se tratan de realizar dos aproximaciones lineales, una para un bajo
voltaje y otra para un voltaje alto. A partir del gráfico 2. Se escogen 3 volts como un
voltaje tentador para hacer la separación y obtención dos rectas. Se calcula la
pendiente de la primera recta desde 0,5 volts a 3 volts utilizando los datos de la
tabla 5, se obtiene una pendiente de 21,5 miliamperes por volt. Por otro lado,
calculamos una pendiente para la recta entre 3 volts y 7 volts, obteniendo una
pendiente de 13,6 miliamperes por volt. Esto nos indica que con bajas diferencias
de voltaje se logra un mayor aumento en la intensidad de corriente que con la misma
diferencia de voltaje en un voltaje alto. Por lo tanto, no se puede considerar a una
ampolleta como un material óhmico.
En el grafico 3 se logra apreciar como la corriente se mantiene en 0 hasta una
diferencia de voltaje de 1,5 volts y luego empieza a dejar pasar corriente. Si
nuevamente se realizan dos aproximaciones lineales para la curva desde 1,5 volts
otra en adelanta otra para los valores menores. Para la primera recta entre 0,5 y 1,5
volts, se nota una pendiente de 0 Amperes por volt. Esto significa que nada de
corriente logra pasar con estos bajos voltajes. Para la segunda recta ente 1,5 volt y
2,5 volts se utilizan los datos de la tabla 5 para calcular una pendiente de 3,5
miliamperes por volt. Para la tercera recta entre 2,5 y 5 volts, se calcula una
diferencia de voltaje de 6.4 volts. Como el aumento de corriente aumenta más rápido
al cambiar aumentar la diferencia de voltaje, no se puede considerar a un diodo
como un material óhmico.
7. Análisis de errores
Es necesario destacar la producción de errores tanto aleatorios como sistemáticos
en la realización del experimento.
Uno de los grandes problemas que se reveló en la ejecución del laboratorio, fue
que, al definir algún voltaje para hacer las mediciones, el multímetro que funcionaba
como amperímetro, entregaba un resultado no exacto que variaba solo. Por lo tanto,
al registrar ese resultado, se debía seleccionar alguno de los números que aparecía
en la pantalla.
Otra dificultad que se presentó fue que, era muy difícil llegar al voltaje que se estaba
buscando con las perillas de la fuente de poder. A pesar de que había una de las
perillas que era para hacer modificaciones más finas, era complejo trabajar con ella.
También, otro factor que afecta los resultados del experimento es la cantidad de
mediciones con las que se trabajó. A pesar de que en las dos primeras partes se
realizaron más medidas que las requeridas, se hace evidente que con más
resultados el experimento tendría menor error.
8. Conclusiones
Al realizar el experimento se logró cumplir con todos los objetivos mencionados
anteriormente. Por una parte, se logró identificar la relación que existe entre el
voltaje aplicado a un conductor y la corriente eléctrica que circula como resultado
de su aplicación. Gracias a los resultados obtenidos, se logró analizar
cuantitativamente la Ley de Ohm, posteriormente se realizaron gráficos que fueron
de gran ayuda para determinar cuáles de los materiales son óhmicos y no óhmicos.
La principal causa de error se puede deber a la poca precisión del multímetro, ya
que no mostraba un valor fijo, sino que siempre estaba variando. Otra posible causa
puede ser la dificultad que requería llegar al voltaje que se estaba estudiando.
Los principales resultados obtenidos durante el experimento serán mencionados a
continuación:
Para la resistencia, se obtuvo que la pendiente del gráfico es 98 voltios, con un valor
esperado de 99,7, mostrando un error del 1,7%, con este resultado se puede
concluir que la resistencia se comporta con un material óhmico. Para el caso de la
ampolleta y el diodo, se puede observar que la gráfica resulta ser no lineal, logrando
concluir que se comportan como un material no óhmico. Finalmente, podemos
concluir que se cumplió la hipótesis planteada al comienzo del informe.
9. Anexos
10. Bibliografía
1. Ley
de
Ohm.
(2021,1
de
Marzo).
Portal
Académico
Del
CCH. https://portalacademico.cch.unam.mx/cibernetica1/implementacionde-circuitos-logicos/ley-de-ohm