EXPERIENCIAS PRACTICAS II

PRACTICA DE LABORATORIO # 2 

Resistencia y resistividad

Objetivo general: Mostrar la relación entre resistencia y resistividad.

Objetivo específico: Comprobar experimentalmente la Ley de Pouillet, Efecto Joule, Ley de Ohm, en circuitos resistivos simples.

Fundamento teórico:

En un circuito eléctrico sencillo con resistores, se observaran los siguientes dispositivos eléctricos: Cable o conductor eléctrico, fuente electromotriz o pila y resistencias. En tal sentido, hay que tener en cuenta que los fenómenos observados se deben en primer lugar al campo eléctrico que genera el paso de la carga por los dispositivos, la capacidad resistiva de los materiales de cada dispositivo eléctrico y por supuesto al área y longitud de los materiales sobre el cual se estudia la resistividad, la diferencia de potencial y/o intensidad de corriente. Entonces, se debe comprender en principio que la relación del campo eléctrico que se genera en un conductor por el paso de una carga eléctrica es directamente proporcional a la densidad de dicha corriente, y con el auxilio de una constante denominada conductividad eléctrica se expresa un modelo matemático, que en principio es la razón de la relación de la Ley de Ohm: Así se tiene que:

Donde:

J= densidad de la corriente

E=Campo eléctrico

=Conductividad eléctrica

Si la corriente está distribuida uniformemente a través de un conductor, la magnitud de la densidad de corriente Si el campo eléctrico y la densidad de corriente son constantes es:

    

Así como la ley de Ohm, la ley de Pouillet es un resultado experimental y ésta última establece que: “La resistencia eléctrica de un conductor metálico, de sección transversal constante y sometido a un campo eléctrico uniforme, es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional al área de la sección transversal”.

Esta se expresa matemáticamente:

Dónde:

L: longitud del conductor, m

A: área de la sección transversal del conductor, m²

R: resistencia del conductor, Ohmios

ρ: resistividad eléctrica del conductor, Ohmios x metro

La resistividad depende de las características del material del que está hecho el conductor.

Entonces el estudio de estas relaciones con su comportamiento sobre el fenómeno eléctrico nos permite resumir ello en la relación,

I= V/R 

Mostrándose que La ley de ohm es una propiedad específica de ciertos materiales, no una ley general.

Por otra parte, una de las aplicaciones interesantes de un circuito resistivo es la transformación de la energía eléctrica en energía calórica, para ello se aplica el efecto de Joule, definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa como:

    

Siendo, 

Q = energía calorífica producida por la corriente

I = intensidad de la corriente (Amperios)

R = resistencia eléctrica del conductor (Ohmios)

t = tiempo (s)

0,24 es un factor de conversión para que Q se exprese en calorías

Pre - laboratorio:

Lea cuidadosamente el contenido dado en el fundamento teórico y realice un resumen que le permita explicar los fenómenos que estudiaremos a continuación.

ACTIVIDADES

Materiales necesarios para la realización de las actividades experimentales:

1. Alambre de cobre Nro. 28 (puede usar cualquier otro conductor)
2. Bombillos de 1,5 V y 1/ 4 wattio
3. Clavo de hierro (preferiblemente hierro dulce) o cualquier otra barra metálica.
4. Mina para lápiz de grafito 2H (puede obtenerse de un lápiz nuevo al cual se le despoja de la capa de madera protectora)
5. Mina para porta mina de grafito 2B o 2H, calibre 2,5 mm.
6. Pila seca de 9 voltios.

Monte el dispositivo que se muestra en la figura

Actividad nro. 1.

Observe la intensidad de luz que genera el bombillo cuando cierra el circuito en el punto G, luego con el punto “G” abierto, haga pasar el alambre “A” por cada uno de los materiales resistivos (clavo, y minas), trate de explicar, por qué cambia de intensidad de luz los bombillos en este circuito, si no se ha cambiado el voltaje de la pila.

Actividad nro 2.

Con la misma situación anterior, pase el cable “A” a lo largo de cada material y observe qué ocurre con la luminosidad del bombillo. Explique lo ocurrido.

Trate de tocar los materiales a medida que hace el contacto del cable “A” con el material. ¿Qué ocurre y por qué?. Explique.

Actividad nro. 3.

Cambie los materiales resistivos colocados en el diseño, por un palillo de madera y otros dos de plástico. Observe y trate de explicar lo que ocurre con los materiales.

Post-laboratorio:

Responda con ayuda de sus apuntes, textos y docente, las siguientes preguntas:

¿Cuál es la función del contacto G?

¿Es despreciable la resistencia de los conectores de cobre?

¿Es o no es constante la resistencia de los bombillos?

¿Cómo influye la temperatura en los cálculos y resultados experimentales?

¿Cómo varía la resistencia con la longitud del conductor?

Compare sus resultados con los del grupo que tienen una resistencia de área diferente.(clavo, grafito, mina)  ¿Cómo parece que varía la resistencia con el área? Calcule 

¿ De qué otro parámetro dependerá la resistencia?

¿Cuál será la relación matemática para la resistencia en términos de la longitud L, el área A y la ‘resistividad’   del material  r?

R = ¿Cómo calcularía usted la corriente eléctrica que circula en cada material? ¿Cómo calcularía usted la cantidad de energía calorífica producida por la corriente?

CÓMO DEBE ELABORAR EL INFORME

 

 Luego de haber realizado la experiencia empírica correspondiente, en su hora de laboratorio, cada grupo deberá llenar la siguiente ficha.

FICHA DEL EXPERIMENTO

(FORMATO)

FICHA DEL EXPERIMENTO

Nombre de los integrantes del grupo:	N° lista
1.-
2.-
3.-
Nombre del Experimento	Año/Sección

PRELABORATORIO.  (Responda a las preguntas y/o actividades de prelaboratorio) (4ptos)

Objetivos (¿qué se pretendió mostrar con el experimento?, ¿qué fenómenos físicos están relacionados con el experimento?) (0,5 ptos)

Material e Instrumentos necesarios (0,5 ptos)

Construcción de prototipo ( indicar claramente los pasos que necesitó para construir el prototipo asignado) (4 ptos)

Realización del experimento (indicar claramente los pasos que necesitó para realizar el experimento) (2ptos)

Explicación del experimento (¿qué conceptos físicos permiten explicar el experimento?) (3ptos)

Análisis de los resultados ( elabore un análisis de los resultados obtenidos en el experimento y razone sus respuestas) (3ptos)

Conclusiones (3ptos)

POST LABORATORIO  (Responda a las preguntas y razone sus repuestas) (20 ptos)

Nota: El formato puede transcribirlo en hoja de papel bond tamaño carta, o en hoja de examen, o reproducirla si ud es habilidoso ( con formato word o excel ) y deberá llenarla en formato word o manuscrito, el detalle es que debe entregar la ficha "llena" al docente, puedes entregarlo el mismo día de la actividad o Envíalo vía electrónica al correo fisika20cr@gmail.com,  antes de la fecha prevista o en "físico" en la  fecha de entrega. 

Nota: Cualquier duda consulte al docente por esta vía, en clase, por correo (fisika20cr@gmail.com), por twitter (@Fisika20) =) ... y aclaramos sus dudas   ;)