El gran Laboratorio circuitos electricos

...

En la segunda parte, para probar la ley de Ohm, se mantiene un circuito estático y se hace variar el voltaje suplido por la fuente de poder (0 a 5 [V]). Se midió la corriente antes de las resistencias (100 [Ω] y 470 [Ω], respectivamente) y el voltaje en la segunda resistencia. Los valores registrados están en la tabla 3.

Al graficar la relación entre corriente y voltaje se puede apreciar que es proporcional, ya que si una aumenta, la otra la hace en la misma proporción, y se ajustan a una relación lineal, esto es corroborado por el coeficiente de correlación, a través del cual, se mide que tan bien se ajustan las variables seleccionadas a la relación otorgada, en este caso lineal, por lo cual se puede concluir que se relazaron mediciones con una gran precisión. Cabe destacar que el coeficiente libre de la ecuación en el gráfico

[pic 21]

Es la intersección en el eje de coordenadas, la cual debería ser en el origen, y dado este coeficiente, la recta intersecta en -0,0001[A] más abajo en la ordenada, la cual es una variación bastante despreciable, como para afirmar que la experiencia se realizó con bastante éxito.

En la tercera parte de la experiencia se utilizaron elementos que presentan un comportamiento no lineal en relación a lo que establece la ley de Ohm, dichos elementos fueron un diodo y una ampolleta. Al observar los gráficos 2 y 3 se aprecia claramente que su comportamiento dista bastante de una relación lineal, a continuación dichos comportamientos serán analizados en cada caso.

Circuito con Diodo:

En este circuito, según se puede apreciar en el gráfico 2, presenta un segmento cuando se aplica una cantidad menor de voltaje, en el cual casi no varía la corriente que circula, se podría decir que tiene una relación lineal con el voltaje hasta cierto punto, luego la resistencia se vuelve variable tendiendo a cero, por lo que la corriente crece muy rápido, por lo mismo, se aprecia claramente que no presenta un comportamiento óhmico ya que no posee una pendiente constante. Por ello, la línea de tendencia que mejor se ajusta a esta relación potencial.

Circuito con Ampolleta:

En este circuito, se aprecia que la corriente disminuye su tasa de crecimiento a medida que crece el voltaje aplicado, su crecimiento no es proporcional al del voltaje, por lo tanto, es claro notar que no posee un comportamiento óhmico, porque su resistencia eléctrica no es constante, si no que aumenta a medida que aumenta el potencial. Al igual que en el caso anterior, la línea de tendencia que mejor se ajusta es la potencial, lo cual corrobora de manera más contundente que la ampolleta no tiene un comportamiento óhmico.

En la última parte de la experiencia se buscó la máxima transferencia de potencia, para ello se utilizó el R-Década en el circuito y se calculó la potencia mediante la ley de Joule:

[pic 22]

De esta relación se puede apreciar que la potencia depende en este caso directamente de la corriente, ya que el voltaje se mantiene constante, pero al combinar la ley de Joule con la ley de Ohm se puede obtener otra relación

[pic 23]

En la que la potencia depende tanto de la corriente como de la resistencia eléctrica otorgada por la R-Década, lo cual es exactamente el caso que se está analizando, ya que la resistencia es lo que se hace variar. Al observar el gráfico 4, es posible apreciar que la potencia en función de la resistencia tiene un valor máximo, lo que cualitativamente significa que este tiene un punto donde existe una máxima transferencia de potencia para un valor particular de la resistencia otorgada.

Teóricamente este valor debía ser 470 [Ω], y experimentalmente este valor se dio cuando se aplicó una resistencia de 450 [Ω], por lo tanto el error experimental calculado es:

[pic 24]

Lo cual es bajo y se puede atribuir a las constantes oscilaciones del indicador de la fuente, la cual debía otorgar un voltaje constante, como también, que el valor del voltaje debía ser , y cuando se midió lo indicado por el voltímetro había una pequeña desviación, por lo que se puede pensar que pudo haber un error en la calibración del indicador de la fuente, lo que concluyó en un error sistemático.[pic 25]

Conclusión.

En primera instancia, al analizar los resultados obtenidos en la primera experiencia, se logra corroborar experimentalmente la ley de voltaje de Kirchhoff (LVK), cual señala lo siguiente: “La segunda es la ley voltaje de Kirchhoff (LVK), plantea la conservación de la energía, e indica que la suma de las diferencias de potencial a lo largo de un camino cerrado (malla) es cero.” En efecto, al comparar los datos obtenidos del voltaje del sistema con el valor teórico, se obtuvo un error porcentual de

[pic 26]

El cual es bastante bajo, y permite decir que la ley de voltajes de Kirchhoff se cumple.

Luego, se verifica a través de los datos obtenidos la ley de corrientes de Kirchhoff (LCK), la cual señala lo siguiente, “La ley de corrientes de Kirchhoff (LCK), plantea la conservación de la carga eléctrica, indicando que la suma de las corrientes que llegan a un nodo es igual a la suma de las que salen de él.” .En efecto, la corriente obtenida experimentalmente fue comparada con el valor teórico, lo cual arrojó el siguiente error porcentual

[pic 27]

Con lo que es posible concluir que se verificó la ley de corrientes de Kirchhoff de manera experimental. Para concluir, es posible afirmar que se comprobó experimentalmente la veracidad de las leyes de Kirchhoff, osea, la conservación de la energía y la conservación de la carga eléctrica.

En la segunda parte de la experiencia se quiere comprobar las diferencias de comportamientos de materiales óhmicos y no óhmicos. Primero al analizar el comportamiento de una resistencia dada, se logra comprobar su comportamiento óhmico, al apreciar la relación directamente proporcional que poseen la corriente y el voltaje al graficarlos, y analizar su respectivo error de correlación, el cual indicaba claramente que las variables se ajustaban perfectamente a una correspondencia lineal, lo cual concuerda con un comportamiento con pendiente constante de los materiales óhmicos. Luego, se prosiguió a graficar el comportamiento de materiales teóricamente no óhmicos, como un diodo y una ampolleta,