(INFORME I) Resistencia [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO DEPARTAMENTO DE FISICA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

RESISTENCIA ELÉCTRICA Cerri Ginell, Diaz G. Luis, Lopez G. Jesus. Profesor Aldemar de Moya Laboratorio de Física III, Universidad del Atlántico.

RESUMEN En este informe se determinaron ciertas propiedades eléctricas de elementos conductores como lo son la resistividad y la resistencia, basados en pruebas experimentales, en una estructura con alambres metálicos de diferentes calibres, deduciendo una variación directamente proporcional entre la resistencia y la longitud, e inversamente proporcional entre la resistencia y el área transversal de los alambres. Palabras clave Voltímetro, resistencia, resistividad. resistencia que el de acero, si tienen las mismas medidas. La resistencia eléctrica también depende de la temperatura.

INTRODUCCIÓN Sabemos que una batería o un acumulador de algún tipo es el impulsor, primer móvil y fuente de voltaje en un circuito eléctrico. La corriente que se maneje no sólo depende de su voltaje, sino también de la resistencia eléctrica que ofrece el conductor al paso de la carga. Eso se asemeja a la tasa del flujo de agua en un tubo, que depende no sólo de la diferencia de presión entre los extremos del tubo, sino también de la resistencia que presenta el tubo mismo. Un tubo corto presenta menos resistencia al flujo del agua que uno largo: cuanto mayor sea el diámetro del tubo, su resistencia será menor. Es igual con la resistencia de los conductores por los que fluye la corriente. La resistencia de un alambre depende de su grosor y su longitud, así como de su conductividad. Los alambres gruesos tienen menos resistencia que los delgados. Los alambres más largos tienen más resistencia que los más cortos. El alambre de cobre tiene menos

Cuanto mayor sea la agitación de los átomos dentro del conductor, será mayor la resistencia que presente al flujo de la carga. Para la mayoría de los conductores, mayor temperatura equivale a mayor resistencia. La resistencia de algunos materiales llega a ser cero a muy bajas temperaturas. La resistencia eléctrica se expresa en unidades llamadas ohms. Se suele usar la letra griega omega mayúscula, Ω, como símbolo del ohm. El nombre de la unidad es en honor del físico alemán Georg Simon Ohm, quien descubrió en 1826 una relación sencilla, pero muy importante, entre el voltaje, la corriente y la resistencia. OBJETIVOS 

1

Describir la variación de la resistencia en función de la longitud

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO DEPARTAMENTO DE FISICA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

importantes a tener en cuenta, esta relación se encuentra dada por la siguiente expresión: 𝐿 𝑅=𝜌 𝐴 Donde R es la resistencia, ρ es la resistividad del material, L es la longitud y A es el área de sección transversal.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS La relación entre voltaje, corriente y resistencia se resume en un enunciado llamado ley de Ohm. Ohm descubrió que la corriente en un circuito es directamente proporcional al voltaje impreso a través del circuito, y es inversamente proporcional a la resistencia del circuito. Es decir: 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

Uno de los factores que más nos interesa saber en cómo afecta a la resistencia es la temperatura. Para la mayoría de los conductores metálicos, la resistencia tiende a aumentar con un incremento de temperatura. Cuando aumenta el movimiento atómico y molecular en el conductor, se obstaculiza el flujo de carga. El incremento en la resistencia para la mayoría de los metales es aproximadamente lineal cuando se compara con los cambios de temperatura. Los experimentos han mostrado que el aumento en la resistencia ΔR es proporcional a la resistencia inicial Ro y al cambio en la temperatura ΔT. Podemos escribir entonces: ∆𝑅 = 𝛼𝑅𝑜 ∆𝑇

Entonces, para un circuito dado de resistencia constante, la corriente y el voltaje son proporcionales entre sí. Eso quiere decir se duplica el voltaje se duplica la corriente. Cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la corriente. Pero si en un circuito se eleva la resistencia al doble, la corriente bajará a la mitad. A mayor resistencia, la corriente será menor. La resistencia eléctrica se define entonces como la oposición que posee un objeto al flujo de corriente a través de él. La resistencia depende de la resistividad del objeto y su forma. Los factores que influyen en la resistencia de un objeto específico son:    

La constante α es una característica del material y se conoce como coeficiente de temperatura de la resistencia. El coeficiente de temperatura de la resistencia es el cambio en la resistencia, por unidad de resistencia, por cada grado de cambio en la temperatura.

Tipo de material Longitud Área de sección transversal Temperatura

La resistividad es una característica propia de cada material, estos valores se encuentran tabulados. La longitud del objeto y el área transversal son factores muy

Puesto que las unidades de ΔR y Ro son las mismas, la unidad del coeficiente α es grados inversos (1/°C).

2

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO DEPARTAMENTO DE FISICA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS Tabla 1.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

L(m) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Para dar inicio a la experiencia, se inició con el montaje básico: se tomó un tablero de resistencias, el cual consiste en una superficie de madera, donde se ensamblan de lado a lado tres alambres conductores a igual distancia el uno del otro, mientras que por otro lado se preparó el multímetro ubicando el electrodo rojo en la entrada que indica las mediciones adecuadas para esta experiencia, y el negro en la entrada COM.

Exp.1 3.6 4.3 5.0 5.4 6.2 7.9 8.7

Exp.2 3.7 3.8 4.2 4.6 4.7 6.2 6.8

Exp.3 3.4 3.7 4.1 4.6 5.5 7.9 9.7

Exp.4 4.4 4.2 4.6 5.4 5.6 6.1 6.3

P 3.8 4.0 4.5 5.0 5.5 7.0 7.8

Donde L= longitud, medida en metros (m), Exp.1, Exp. 2, Exp. 3, y Exp.4, los resultados obtenidos en cada una de las mediciones a lo largo de las cuatro repeticiones realizadas, medidos en ohmios (Ω), y P el promedio de cada una de las mediciones correspondientes. En la siguiente gráfica se ilustran los resultados anteriormente expuestos:

El objetivo de la experiencia era medir resistencia del material a medida que se tomaban como punto de referencia distintos puntos a lo largo del alambre, para lo cual se situó uno de los electrodos del multímetro en un punto fijo de uno de los alambres del tablero, mientras que con el otro se fue variando la longitud de medida en intervalos de diez centímetros para corroborar los principios de la ley estudiada.

Gráfica 1. Resistencia en función de la longitud del conductor.

Estos resultados experimentales coinciden con los resultados teóricos o ideales esperados en los que el comportamiento del material (su resistencia) con respecto a la longitud del conductor, muestre esta misma relación directamente proporcional. Para esclarecer un poco más en qué se basa esta conclusión, se analizará la ecuación propia de la resistencia de un material, presentada en la discusión teórica como: 𝐿 𝑅=𝜌 𝐴 De acuerdo a esta ecuación, justamente se comprueba que la relación teórica que existe entre la longitud y la resistencia de un material es

Figura 1. Montaje tablero de resistencias.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

Se presentan los resultados obtenidos tabulados de la siguiente forma:

3

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO DEPARTAMENTO DE FISICA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

directamente proporcional, lo cual da lugar a una gráfica del tipo ilustrado anteriormente. PREGUNTAS 1. Definición de términos Para muchos materiales, la resistencia no depende de la caída de voltaje o de la intensidad. Estos materiales, en los que se incluyen la mayor parte de los metales, se denominan materiales óhmnicos. En los materiales óhmnicos, la caída de potencial a través de una porción de conductor es proporcional a la corriente: 𝑉 = 𝐼𝑅 En los materiales no óhmnicos, la resistencia depende de la corriente I, de modo que V no es proporcional a I. La Figura 4 muestra la intensidad I en función de la diferencia de potencial V para materiales óhmnicos y no óhmnicos. En los materiales óhmnicos (Figura 4a), la relación es lineal, mientras en los no óhmnicos (Figura 4b) la relación es no lineal. La ley de ohm no es una relación fundamental de la naturaleza, como las leyes de Newton o las leyes de la termodinámica, sino más bien una descripción empírica de una propiedad compartida de muchos materiales.

Figura 4. Gráficos de I en función de V para (a) materiales óhmnicos y (b) materiales no óhmnicos. 2. Factores que afectan la resistencia de un material Tipo de material: El tipo de material depende mucho de la resistencia, si se tratan de materiales metálicos serán menos resistentes, por lo que conducirán mayor carga eléctrica, de modo contrario ocurre con los no metales, gases, aislante, entre otros. Longitud: La resistencia de un alambre de metal aumenta con su longitud. A mayor longitud de un alambre de metal habrá más colisiones entre átomos y electrones, con lo que se convierte en calor más energía de los electrones. Temperatura: A una temperatura normal, la energía calorífica presente en todas las sustancias origina una suave vibración o

4

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO DEPARTAMENTO DE FISICA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

agitación de sus átomos, sin que estos pierdan su posición en el cristal de metal. Si se aumenta la temperatura los átomos se agitan más y habrá mayor número de choques entre los electrones que fluyen y los átomos. La resistencia aumenta con la temperatura en los metales. Área de la sección transversal: A mayor amplitud en el camino de la corriente de electrones, más facilidad para su flujo a través del metal. A mayor área de la sección trasversal del alambre, menor resistencia.

inversamente proporcional a su área transversal. BIBLIOGRAFÍA 1. SERWAY, Raymond. Física. Tomo I. 3° edición. Ed. Mc Graw Hill. México. 2002. Pag 850-855 2. HEWITT, Paul. Física Conceptual. 10° edición. Ed Pearson Education. México. 2007. Pag 439. 3. TIPPENS, Paul. Física Conceptos y Aplicaciones. 7° edición. Ed . Mc Graw Hill. México. 2001. Pag 537-544.

3. ¿Por qué un buen conductor eléctrico puede ser también un buen conductor térmico? Ya que los conductores eléctricos poseen electrones libres que permiten el movimiento y transferencia de cargas, desde el punto de vista microscópico, la conducción eléctrica y térmica son semejantes, pues ésta última consiste en la facilidad de transferencia de energía cinética entre los átomos del mismo elemento, pues en ambos casos se trata de un material que tiene mayor facilidad de movimiento atómico pues las vibraciones de las partículas se trasmiten más fácilmente.

CONCLUSIONES. Se comprueba el comportamiento directamente proporcional entre la resistencia del conductor (ferroníquel) en correspondencia al crecimiento, o de forma general, a la variación de la longitud especifica del material e

5