Práctica 5: Medida de Constantes en Electromagnetismo - Resistencia y Temperatura, Ejercicios de Física

¡Descarga Práctica 5: Medida de Constantes en Electromagnetismo - Resistencia y Temperatura y más Ejercicios en PDF de Física solo en Docsity! Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Fecha de realización: 04/04/2019 Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Laboratorio de Física Medida de la permeabilidad del vacío 1* Grado en Física 3. Resistencia y temperatura 1. Objetivos El objetivo de la experiencia será estudiar el comportamiento de distintos materiales sometidos a una variación de temperatura o de la corriente (I) que circula por ellos -en nuestro caso, estos materiales serán: cobre (Cu), constantán ó CuNi (aleación), un compuesto de óxidos como el níquel (Ni), cobalto (Co), cobre (Cu) ó zinc (Zn), que sería el NTC y óxidos PTC-. A) Para ello, en primer lugar, aplicaremos una corriente (I) que pasará por el conductor (un hilo de cobre). Así, obtendremos una temperatura y un voltaje que nos permitirá conocer la resistencia del material en cada caso. Entonces, podremos conocer el coeficiente de temperatura (a,) del cobre. Este cálculo se realizará dos veces, con el hilo de cobre y la muestra de cobre. B) En segundo lugar, estudiaremos la variación de la resistencia de las muestras con respecto a un cambio de temperatura. Variando esta propiedad, obtendremos directamente un valor para la resistencia, bastará con comparar los resultados. Por último, hallaremos la energía de activación (Q) del NTC sumergido aplicando diferentes relaciones relacionadas con la temperatura y la resistencia del material en cada caso. 2. Realización práctica 2.a. Material Utilizado Los materiales utilizados son los siguientes: + Voltímetro: nos permite conocer el voltaje de la corriente que circulará por el arrollamiento de cobre. + Ohmímetro: nos permitirá conocer el valor de la resistencia de cada material sumergido. + Amperímetro: da el valor de la corriente que circula por el cobre en amperios (A) + Cu, CuNi, NTC, PTC protegidos con material plástico: son las muestras objeto de estudio en el experimento. + Arrollamiento de Cu: objeto de estudio de la experiencia + Termómetro de mercurio (Hg): Nos permitirá conocer la temperatura en grados centígrados del baño de agua donde sumergimos las muestras. + Termómetro de infrarrojos: nos dará el valor de la temperatura del cobre (Cu) en grados centígrados. *e Cilindro de plástico: servirá como protección para la muestra de cobre, haciendo que se mantenga la temperatura de la misma. + Soporte: nos permitirá sujetar el termómetro y el cilindro plástico. + Fuente de corriente: aplicaremos ahí la corriente que pasará por el arrollamiento de cobre. + Baño de agua destilada: lugar donde sumergiremos las muestras para lograr su variación de temperatura calentando el agua. Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Laboratorio de Física Resistencia y temperatura 1* Grado en Física Variación de R de NTC con respecto a T 90 80 e 70 Resistencia (Q) s8383 290 300 310 320 330 350 Temperatura (K) Como apuntamos anteriormente, la resistencia del NTC decrece exponencialmente al aumentar la temperatura. Variación de R de PTC con respecto a T 800 700 600 500 400 300 200 100 o 290 Resistencia (2) 300 310 320 340 350 Temperatura (K) La resistencia de los PTC aumenta exponencialmente con el aumento de temperatura, como podemos observar. Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Resistencia y Temperatura Laboratorio de Física 1? Grado en Física Medida de la energía de activación Q del NTC sumergido o -0.2 3 -0.4 -1 -1.2 -14 100 2 3217.9x- 10.66 R?=1 UT (1/K) Obtenemos la ecuación: y =3217,9 x— 10,66, siendo: a= 3217,9K* b=-10,66 r=0,99964994 La pendiente de la recta (a) corresponde con Q/Kg. Debemos calcular el error asociado a ella que corresponde a la expresión: =32,190 K* donde n es el número de datos. Esta incertidumbre se puede deber a un error de paralaje en el termómetro de mercurio que nos da el valor de la temperatura de las muestras. B) Medida con el hilo de cobre: Temperatura (K) Corriente (A) | Voltaje (V) Resistencia ( ) 299,15 0,098 2,160 22,041 306,15 0,195 4,330 22,205 316,15 0,301 6,780 22,525 327,15 0,395 9,240 23,392 341,15 0,489 11,970 24,479 355,15 0,595 15,290 25,697 378,15 0,692 18,950 27,384 Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Resistencia y Temperatura Laboratorio de Física 1? Grado en Física Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Fecha de realización: 04/04/2019 Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Laboratorio de Física Medida de la permeabilidad del vacío 1* Grado en Física 3. Resistencia y temperatura 1. Objetivos El objetivo de la experiencia será estudiar el comportamiento de distintos materiales sometidos a una variación de temperatura o de la corriente (I) que circula por ellos -en nuestro caso, estos materiales serán: cobre (Cu), constantán ó CuNi (aleación), un compuesto de óxidos como el níquel (Ni), cobalto (Co), cobre (Cu) ó zinc (Zn), que sería el NTC y óxidos PTC-. A) Para ello, en primer lugar, aplicaremos una corriente (I) que pasará por el conductor (un hilo de cobre). Así, obtendremos una temperatura y un voltaje que nos permitirá conocer la resistencia del material en cada caso. Entonces, podremos conocer el coeficiente de temperatura (a,) del cobre. Este cálculo se realizará dos veces, con el hilo de cobre y la muestra de cobre. B) En segundo lugar, estudiaremos la variación de la resistencia de las muestras con respecto a un cambio de temperatura. Variando esta propiedad, obtendremos directamente un valor para la resistencia, bastará con comparar los resultados. Por último, hallaremos la energía de activación (Q) del NTC sumergido aplicando diferentes relaciones relacionadas con la temperatura y la resistencia del material en cada caso. 2. Realización práctica 2.a. Material Utilizado Los materiales utilizados son los siguientes: + Voltímetro: nos permite conocer el voltaje de la corriente que circulará por el arrollamiento de cobre. + Ohmímetro: nos permitirá conocer el valor de la resistencia de cada material sumergido. + Amperímetro: da el valor de la corriente que circula por el cobre en amperios (A) + Cu, CuNi, NTC, PTC protegidos con material plástico: son las muestras objeto de estudio en el experimento. + Arrollamiento de Cu: objeto de estudio de la experiencia + Termómetro de mercurio (Hg): Nos permitirá conocer la temperatura en grados centígrados del baño de agua donde sumergimos las muestras. + Termómetro de infrarrojos: nos dará el valor de la temperatura del cobre (Cu) en grados centígrados. *e Cilindro de plástico: servirá como protección para la muestra de cobre, haciendo que se mantenga la temperatura de la misma. + Soporte: nos permitirá sujetar el termómetro y el cilindro plástico. + Fuente de corriente: aplicaremos ahí la corriente que pasará por el arrollamiento de cobre. + Baño de agua destilada: lugar donde sumergiremos las muestras para lograr su variación de temperatura calentando el agua. Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Laboratorio de Física Resistencia y temperatura 1* Grado en Física Variación de R de NTC con respecto a T 90 80 e 70 Resistencia (Q) s8383 290 300 310 320 330 350 Temperatura (K) Como apuntamos anteriormente, la resistencia del NTC decrece exponencialmente al aumentar la temperatura. Variación de R de PTC con respecto a T 800 700 600 500 400 300 200 100 o 290 Resistencia (2) 300 310 320 340 350 Temperatura (K) La resistencia de los PTC aumenta exponencialmente con el aumento de temperatura, como podemos observar. Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Resistencia y Temperatura Laboratorio de Física 1? Grado en Física Medida de la energía de activación Q del NTC sumergido o -0.2 3 -0.4 -1 -1.2 -14 100 2 3217.9x- 10.66 R?=1 UT (1/K) Obtenemos la ecuación: y =3217,9 x— 10,66, siendo: a= 3217,9K* b=-10,66 r=0,99964994 La pendiente de la recta (a) corresponde con Q/Kg. Debemos calcular el error asociado a ella que corresponde a la expresión: =32,190 K* donde n es el número de datos. Esta incertidumbre se puede deber a un error de paralaje en el termómetro de mercurio que nos da el valor de la temperatura de las muestras. B) Medida con el hilo de cobre: Temperatura (K) Corriente (A) | Voltaje (V) Resistencia ( ) 299,15 0,098 2,160 22,041 306,15 0,195 4,330 22,205 316,15 0,301 6,780 22,525 327,15 0,395 9,240 23,392 341,15 0,489 11,970 24,479 355,15 0,595 15,290 25,697 378,15 0,692 18,950 27,384 Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Resistencia y Temperatura Laboratorio de Física 1? Grado en Física Coeficiente de temperatura del cobre 28 1) = 0.07 x + 21.45 26 R*=0.98 25 R(T) (9) 24 23 2|/0 21 T-To (K) Obtenemos la ecuación: y =0,0706 x+ 21,43, siendo: -0,0706 2 a=0, K b= 21,453 r=0,99232051 La pendiente de la recta (a) corresponde con R¿-a,. Debemos calcular el error asociado a ella que corresponde a la expresión: Este error se puede deber a que, al calentarse la muestra, el valor de la corriente varía, pudiendo haber anotado un dato erróneo. Además, si el termómetro de infrarrojos no apunta exactamente al centro de la muestra o se encuentra a una distancia demasiado alejada, puede no dar el valor correcto, sino la temperatura de un área más extensa. Ahora, presentamos el gráfico del coeficiente de temperatura del cobre, en este caso con la muestra del baño: Coeficiente de temperatura del cobre 105 100 f(x) = 0.33 x+ 87.74 R?=1 95 R(T) (9) 90 85 0. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 T-To (K) Obtenemos la ecuación: y =0,3284+87,739, siendo: Q = 0,3284 2 K b= 87,739 r=0,99939982 Práctica 5: Medida de Constantes Universales en Electromagnetismo Resistencia y Temperatura Laboratorio de Física 1? Grado en Física