Universidad Nacional de Ingenierı́a
Facultad de Ciencias
Escuela Profesional de Fı́sica
l
Semestre 2020-1
Informe de Laboratorio de Fı́sica 3
Laboratorio 2
Curvas caracterı́sticas voltaje - corriente
1
2
3
Apellidos y Nombres
Paucar Mendoza Sebastián André
Espinoza Vasquez Andrew Johanny
Salvatierra Arévalo Pool Lenin
Codigo
20190521A
20192206F
20190282G
Fecha de Laboratorio: 16 de Julio
Profesor: Santiago Rossevelt Custodio
†Hecho en LATEX
1.
Objetivos
Estudiar las caracterı́sticas de elementos resistivos a partir de sus gráficas corriente-voltaje.
Interiorizar la naturaleza y restricciones asociadas a la ley de ohm.
Discernir sobre las definiciones de material óhmico y no óhmico.
Utilizar medios programables para aproximar adecuadamente las curvas caracterı́sticas.
Estudiar el funcionamiento del voltı́metro, amperı́metro, potenciómetro y osciloscopio.
En particular, identificar el correcto uso (instalación) del voltı́metro y del amperı́metro.
Analizar las mediciones del osciloscopio para diferentes tipos de varaciones en corriente (continua y
alterna).
2.
Mapa conceptual de la teorı́a
3.
Diagrama del experimento
En el presente experimento empleamos dos simuladores.
El primer simulador nos brindaba poder modelar las herramientas de mediciones Voltı́metro (para medir
voltaje), Amperı́metro (para medir intensidad de corriente) y una que nos permitı́a medir la resistencia.
Observe:
Figura 1: Medidor apagado
Se realizó diferentes mediciones con este emulador, entre ellas tenemos:
3.1.
Medición de voltaje
Figura 2: Voltaje medido a una escala de 20
Figura 3: Mismo voltaje, medido a una escala de 200
3.2.
Resistencia
Figura 4: Resistencia interna de la baterı́a (escala 2k Ohm)
Figura 5: Resistencia interna de la baterı́a (escala 200 Ohm)
3.3.
Intensidad de corriente
En esta medición tenemos dos opciones: Cuando no tenemos idea de cuánta es la corriente que pasa y
cuando tenemos la certeza de que la intensidad es menor a 20mA.
Figura 6: 2 mA
Figura 7: 20 mA
En la parte dos del experimento, se nos explicaba el comportamiento de estos medidores y cómo deben
conectarse a un circuito eléctrico:
Figura 8: relación dada por el profesor en clase (nótese que el amperı́metro se conecta en serie y el voltı́metro
en paralelo)
Luego, estudiamos el comportamiento de los mismos y las mediciones que se pueden obtener a partir de
estos usando el segundo simulador de circuitos eléctricos. Observe:
Figura 9: Circuito modelado por el docente
Figura 10: Señal de entrada y salida (función sinusoidal)
4.
Resultados Experimentales
En lo posterior, adjuntaremos datos experimentales obtenidos para diferentes dispositivos y mostraremos
la tendencia óhmica o no óhmica mediante las curvas caracterı́sticas y su aproximación mediante métodos
numéricos computarizados.
Diodo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
I(A)
0.01
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.20
0.30
0.60
0.90
V(V)
0.55
0.60
0.63
0.65
0.68
0.70
0.75
0.78
0.80
0.83
Cuadro 1: Datos voltaje-corriente sobre un diodo
Figura 11: Curva caracterı́stica
Foco
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
I(A)
0.00
0.11
0.16
0.18
0.20
0.21
0.23
0.25
0.26
0.29
V(V)
0.00
1.00
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
6.00
Cuadro 2: Datos voltaje-corriente sobre un foco
Figura 12: Curva caracterı́stica
Resistencia
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
I(A)
0.00
0.02
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.13
V(V)
0.00
1.00
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
6.00
Cuadro 3: Datos voltaje-corriente sobre una resistencia
Figura 13: Curva caracterı́stica
5.
Cuestionario
1. Grafique I = f (V ) con los valores obtenidos en el amperı́metro y voltı́metro.
Ver Resultados Experimentales.
2. ¿En cual de los elementos se cumple la ley de Ohm y en cuáles no? Explique su respuesta.
Vemos que, en general, la resistencia estudiada en los Resultados Experimentales cumple la ley de
Ohm de muy buena manera hasta un voltaje de 5 V, pues:
Vi
=2
Ii
Desde i = 1 hasta i = 9, que son las mediciones mostradas en el Cuadro 3.
3. Para una diferencia de 0,8 voltios, halle las resistencias de los tres elementos.
Consideremos que los elementos son óhmicos en una vecindad de 0.8 voltios. Esto es:
V = IR = f (V )R
R=
V
f (V )
En particular, para 0.8 voltios:
R(0.8) =
0.8
f (0.8)
Ası́, sobre el diodo (experimental):
R(0.8) =
0.8
0.6
Luego, R = 1.3Ω
Sobre el foco:
R(0.8) =
0.8
0.8
0.8
=
=
f (0.8)
0.04441(0.8) + 0.05
0.08528
R(0.8) =
0.8
0.8
0.8
=
=
f (0.8)
0.0209(0.8) + 0.0019
0.08528
Luego, R = 9.4Ω
Sobre la resistencia:
Luego, R = 42.9Ω
4. En el o los casos en que la curva I vs V obtenida en el osciloscopio sea una recta determine la pendiente
de la recta y por lo tanto la resistencia del elemento. Compare con los valores obtenidos manualmente
usando voltı́metro y amperı́metro.
Como vimos, la resistencia estudiada respeta una proporción directa (y lineal) entre el voltaje y
la intensidad (si hacemos la comparativa en el Cuadro 3), de ahı́ que según el inciso 2. hallamos que
la resistencia en cuestión serı́a de 2Ω.
5. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje crı́tico a partir del cual comienza a conducir.
¿Cuál es sus valor?
El voltaje crı́tico al cual comienza a conducir está dado por aquel del cual a partir de éste el incremento en la intensidad es exponencial.
Dada la muy buena aproximación, como se puede ver en la curva caracterı́stica sobre un diodo (Figura
11) con un R2 muy cercano a la unidad, podemos estimar que el voltaje crı́tico se encuentra en una
vecindad de 0.70 V (pues hasta antes de ello, el crecimiento en la corriente es aproximadamente afı́n).
6. Escriba sus conclusiones y/o comentarios.
Ver Conclusiones y Observaciones.
6.
Conclusiones y Observaciones
La curva caracterı́stica nos puede dar información estadı́stica si un material cumple la ley de ohm y
ası́ decir si un material es óhmico.
En la gráfica de relación del diodo podemos apreciar que la tendencia de la curva que hemos graficado,
no tiende a ser una recta, mas tiende a ser una exponencial. De esto podemos inferir que la resistencia
de este material no es constanto, ergo no es un material óhmnico. Ver Figura 11.
La gráfica relacionada al foco, tiende a tener un carácter lineal en cierto tramo de potencial eléctrico y
corriente. Podemos deducir de esto, que a determinado voltaje y corriente, este material se comporta
como un material óhmnico (resistencia constante). Mas para diferentes potenciales y corrientes de 3,5V
a 5V y 0.15A a 0.2A, este material no verifica ser un material óhmnico.Ver Figura 12.
De entre los 3 datos que se nos han dado, la tabulación asociada al material resistencia, tiende a ser
la más lineal entre todas. Por ello, podemos afirmar que el comportamiento de este material es el de
un material óhmnico. Ver Figura 13.
Los datos que se nos han dado fueron dados por el docente de laboratorio, no obstante, al indagar en
internet y libros, podemos corroborar que los resultados obtenidos en las gráficas del comportamiento
óhmnico de estos materiales coincide con los datos ya conocidos de los mismos, publicados en sitios
web y libros.
7.
Bibliografı́a
Alonso, M., Finn, E. J. (1998). Fı́sica, vol. II. Edición Revisada y Aumentada, Mecánica, Fondo.
FÍSICA, SERWAY Raymond A. Tomo II. 1996.
Resnick, R., Halliday, D., Krane, K. S. (1996). Fı́sica II.
Sears, Z., Young, F. (2009). Fı́sica universitaria undécima edición.
0
