Practica 2 de electricidad y magnetismo, Ejercicios de Física

¡Descarga Practica 2 de electricidad y magnetismo y más Ejercicios en PDF de Física solo en Docsity! Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo Departamento de Formación Básica Laboratorio de Electricidad y Magnetismo Práctica 2: Resistencia eléctrica, resistividad y óhmetro. Profesores: • Cosmes López Liliana Janet • Cervantes Tobón Arturo Grupo: 1MM21 Sección: B Equipo: 6 Integrantes: ● Ramos Guerrero Alejandro Carlo ● Rebolledo Miranda Tania ● Rodríguez Martínez Miguel Norberto ● Tapia Romero Ángel Fecha de entrega: 21 de marzo de 2022 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo FORMATO DE EVALUACIÓN Grupo: 1MM21 Sección: B Equipo: 6 Fecha: 21 de marzo de 2022 Práctica no. 2 Nombre de la práctica: “Resistencia eléctrica, resistividad y óhmetro” Nombre del profesor: Cosmes López Liliana Janet Valor Rubro Retroalimentación del profesor Puntaje 1 punto PRESENTACIÓN DE LA PRÁCTICA O BITÁCORA ● Portada con datos ● Presentación del reporte (limpieza y orden) ● Entrega de reporte a tiempo 1 punto ÍNDICE ● Objetivos (general, por competencias y ● particular) ● Diagrama a bloques por cada experimento ● Numeración de todas las páginas del ● reporte 1 punto Investigación con referencias (~5 cuartillas) 1 punto Tablas completas con valores teóricos, experimentales y porcentajes de error (%E) *Rango aceptado: %E → ±10% 2 puntos CÁLCULOS EXPERIMENTALES ● Fórmula, sustitución, operaciones y resultados (con unidades en S.I.) ● Porcentaje de error (%E) ● Gráf icas (se solicitan sólo en algunas prácticas) 1 punto Cuestionario 1 punto Observaciones (mínimo media cuartilla) 2 puntos Conclusiones (mínimo media cuartilla) Total Evaluación Final de la Práctica Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo » Rodríguez Martínez Miguel Norberto ........................................................................ 17 » Tapia Romero Ángel.................................................................................................. 18 Conclusiones ........................................................................................................................ 19 » Ramos Guerrero Alejandro Carlo .............................................................................. 19 » Rebolledo Miranda Tania .......................................................................................... 19 » Rodríguez Martínez Miguel Norberto ........................................................................ 19 » Tapia Romero Ángel.................................................................................................. 20 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 1 Introducción » Ramos Guerrero Alejandro Carlo Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 2 » Rebolledo Miranda Tania “Resistencia eléctrica, resistividad y óhmetro.” La resistencia es una medida de la oposición al f lujo de corriente en un circuito eléctrico. La resistencia se mide en ohmios, que se simbolizan con la letra griega omega (Ω). Se denominaron ohmios en honor a Georg Simon Ohm (1784- 1854), un f ísico alemán a quién se le atribuye la formulación de la ley de Ohm. Tipos de resistencia Resistencias fijas: Son las que presentan un valor óhmico que no podemos modificar. Resistencias variables: Son las que presentan un valor óhmico que nosotros podemos variar modificando la posición de un contacto deslizante. Para fabricar una resistencia eléctrica se utilizan materiales aislantes como madera, cerámica, silicio, plástico, etc. Código de colores Las primeras dos bandas establecen el valor del resistor como en el caso del primer color es (verde). Podemos observar, que en la tabla el color equivale a 5 entonces es la primera cifra. Luego la segunda banda es de color (blanco) observamos de nuevo en la tabla su valor es 9 esta sería la segunda cifra. La tercera es el multiplicador en esta es la que nos indicara los cero al final la tercera es de color café esta vale un 0 y posteriormente encontraremos su valor que es 590 Ohm. La resistividad eléctrica hace referencia a un punto en específ ico del material. Así que lo que se busca def inir es la densidad de corriente en el material resistivo causado por el campo eléctrico en el punto. Se mide en ohmios por metro (Ω•m). La resistividad describe el comportamiento de un material f rente al paso de corriente eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. La conductividad eléctrica es la propiedad de todo elemento que tiene la facultad de conducir la electricidad. Esta propiedad f ísica se basa en la capacidad de los elementos de conducir la corriente eléctrica a través de ellos mismos. Ésta depende de la forma en que esté compuesta una sustancia o material, así como de la estructura molecular del material o de su estructura atómica. Un multímetro es un instrumento electrónico que sirve para medir las tres características eléctricas básicas: voltaje, corriente y resistencia, entre dos puntos de un circuito eléctrico. Multímetro Este dispositivo tiene distintas funcionalidades, ya que puede usarse como amperímetro, voltímetro y óhmetro . Un multímetro puede ser empleado para probar baterías, cableado eléctrico, motores eléctricos y fuentes de energía. Después de conectar el cable negro en el puerto común, y el rojo en cualquiera de los otros, dependiendo de lo que se desee medir, se gira la perilla para seleccionar la función y rango apropiados. Para obtener la medición, las puntas de prueba deben tocar la terminal o cable que se quiere probar. Así, el voltaje aparecerá en la pantalla. Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 5 Diagrama de bloques Experiencia 1 Experiencia 2 Reunir los materiales necesarios Colocar el multímetro en función óhmetro. Colocar las puntas sobre el alambre de longitudes de 10, 20, 30, 40 y 50 cm Anotar los valores obtenidos en la tabla 1 Calcular el %E y anotarlo en la tabla 1 Analizar los resultados Elaborar la grafica R vs L para ambos materiales y calcular la pendiente. Reunir los materiales necesarios Medir la resistencia para cada uno de los alambres de L=50 (diferentes diámetros) Anotar los valores obtenidos en la tabla 2. Calcular el porcentaje de error con respecto a R Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 6 Experiencia 3 Experiencia 4 Reunir los materiales necesarios Con la taba de código de colores identificar el valor de cada resistencia. Determinar los mínimos y máximos considerando la banda de tolerancia de cada resistencia. Anotar los valores obtenidos en la tabla 3 Medir el valor de cada resistencia con el multímetro. Analizar los resultados y calcular el porcentaje de error. Reunir los materiales necesarios. Colocar las resistencias en el panel de conexiones y armar los diferentes circuitos. Medir la resistencia equivalente en cada uno de los circuitos. Registrar los valores obtenidos en la tabla 4 Calcular el porcentaje de erros y realizar conclusiones. Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 7 Cálculos Cálculos previos. » Cálculos previos experiencia 1: Determinación de la resistencia. Datos Diámetro constano= 0.1 mm Diámetro nicromel = 0.2 mm L= 10, 20, 30. 40 y 50 cm Resistividad Constantano ρ= 49µΩ•cm Nicromel ρ= 100µΩ•cm Cálculo del área Nicromel D=0.2 mm = .0002 mts 𝐴 = 𝜋 ∗ 𝐷2 4 = (𝜋)(0.0002)2 4 𝐴 = 3.1415𝑥10−8 𝑚2 Constantano D=0.1 mm = .0001 mts 𝐴 = 𝜋 ∗ 𝐷2 4 = (𝜋)(0.0001)2 4 𝐴 = 7.854𝑥10−9 𝑚2 Conversión de µΩ•cm a Ω•mts Constantano 1 µΩ•cm = 1𝑥10−8 Ω•mts 49 µΩ•cm = 4.9𝑥10−7 Ω•mts Nicromel 1 µΩ•cm = 1𝑥10−8 Ω•mts 100 µΩ•cm = 1𝑥10−6 Ω•mts Formula 𝑅 = 𝜌 𝐿 𝐴 -Constano 𝑅 = 4.9𝑥10−7Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.1 𝑚𝑡𝑠 7.854𝑥10−9𝑚2 = 6.2388 Ω 𝑅 = 4.9𝑥10−7Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.2 𝑚𝑡𝑠 7.854𝑥10−9𝑚2 = 12.4777 Ω 𝑅 = 4.9𝑥10−7Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.3 𝑚𝑡𝑠 7.854𝑥10−9𝑚2 = 18.7165 Ω 𝑅 = 4.9𝑥10−7Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.4 𝑚𝑡𝑠 7.854𝑥10−9𝑚2 = 24.9554 Ω 𝑅 = 4.9𝑥10−7Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.5 𝑚𝑡𝑠 7.854𝑥10−9𝑚2 = 31.1929 Ω -Nicromel 𝑅 = 1𝑥10−6Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.1 𝑚𝑡𝑠 3.1415𝑥10−8𝑚2 = 3.1831 Ω 𝑅 = 1𝑥10−6Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.2 𝑚𝑡𝑠 3.1415𝑥10−8𝑚2 = 6.3663 Ω 𝑅 = 1𝑥10−7Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.3 𝑚𝑡𝑠 3.1415𝑥10−8𝑚2 = 9.5495 Ω 𝑅 = 1𝑥10−6Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.4 𝑚𝑡𝑠 3.1415𝑥10−8𝑚2 = 12.7327 Ω 𝑅 = 1𝑥10−6Ω ∙ 𝑚𝑡𝑠 0.5 𝑚𝑡𝑠 3.1415𝑥10−8𝑚2 = 15.9159 Ω Registra los resultados en la Tabla 1 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 10 %E = 24.9554Ω − 0.4Ω 24.9554Ω × 100 = 98.39% %E = 31.1929Ω − 0.5Ω 31.1929Ω × 100 = 98.39% Nicromel (0.2 mm) %E = 3.1831Ω − 3.3Ω 3.1831Ω × 100 = −3.6725% %E = 6.3663Ω − 6.5Ω 6.3663Ω × 100 = −2.1001% %E = 9.5495Ω − 9.9Ω 9.5495Ω × 100 = −3.6703% %E = 12.7327Ω − 13.3Ω 12.7327Ω × 100 = −4.4554% %E = 15.9159Ω − 16.2Ω 15.9159Ω × 100 = −1.7850% » Experiencia 2. Determinación de la resistencia de un alambre de diámetro variable y una longitud constante de 50 cm. Diámetro variable: 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm Resistividad Nicromel: 𝜌 = 100𝜇Ω Longitud constante: 50 cm Calcular los valores del área para el Nicromel con cada diámetro. A1= π (1𝑋10−4𝑚)^2 A1 = 3.1416𝑥10−8𝑚^2 A2= π (1.5𝑋10−4𝑚)^2 A2 = 7.0686𝑥10−8𝑚^2 A3= π (2𝑋10−4𝑚)^2 A3 = 12.5664𝑥10−8𝑚^2 Calcular los valores de resistencia (R) para el Nicromel con los valores obtenidos de área en el paso anterior 𝑅1 = (1𝑥10−6 Ω • m)( 0.5 m / 3.141610−8m2 ) 𝑅1 = 15.9155 Ω 𝑅2 = (1𝑥10−6 Ω • m)( 0.5 m / 7.0686𝑥10−8𝑚2 ) 𝑅2 = 7.0735 Ω 𝑅3 = (1𝑥10−6 Ω • m)( 0.5 m / 12.5664𝑥10−8𝑚2 ) 𝑅3 = 3.9788 Ω PORCENTAJE DE ERROR: 𝐸% = ( 15.9154−16.3 15.9154 ) ⋅ 100 = -2.4165 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 11 𝐸% = ( 7.0735−6.7 7.0735 ) ⋅ 100 = 5.2802 𝐸% = ( 3.9788−4.3 3.9788 ) ⋅ 100 = -8.0727 Diametro mm Nicromel Area m R teo Ω R exp Ω %E 0.2 3.1416𝑥10−8𝑚 ^2 15.9155 16.3 2.41 0.3 7.0686𝑥10−8𝑚 ^2 7.0735 6.7 5.28 0.4 12.5664𝑥10−8 𝑚^2 3.9788 4.3 8.07 » Experiencia 3. Determinación del valor de las resistencias. Límite inferior de tolerancia ToleranciaR1 = 1000 Ω × 5% 100% = 50 Ω LiminfR1 = 1000 Ω − 50 Ω = 950 Ω ToleranciaR2 = 1200 Ω × 5% 100% = 60 Ω LiminfR2 = 1200 Ω − 60 Ω = 1140 Ω ToleranciaR3 = 2200 Ω × 5% 100% = 110 Ω LiminfR3 = 2200 Ω − 110 Ω = 2090 Ω Límite superior de tolerancia ToleranciaR1 = 1000 Ω × 5% 100% = 50 Ω LiminfR1 = 1000 Ω + 50 Ω = 1050 Ω ToleranciaR2 = 1200 Ω × 5% 100% = 60 Ω LiminfR2 = 1200 Ω + 60 Ω = 1260 Ω ToleranciaR3 = 2200 Ω × 5% 100% = 110 Ω LiminfR3 = 2200 Ω + 110 Ω = 2310 Ω Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 12 Porcentaje de error R1 = valor teórico − valor experimental valor teórico × 100 = 1000 Ω − 1003 Ω 1000 Ω × 100 = −0.3% R2 = valor teórico − valor experimental valor teórico × 100 = 1200 Ω − 1224 Ω 1200 Ω × 100 = −2% R3 = valor teórico − valor experimental valor teórico × 100 = 2200 Ω − 2200 Ω 2200 Ω × 100 = 0% » Experiencia 4. Determinación de la resistencia equivalente Porcentaje de error 𝑆𝑒𝑟𝑖𝑒 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜  −  𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟  exp 𝑒 𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 × 100 = 4400 Ω  −  4430 Ω 4440 Ω × 100 = −0.6818% 𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜  −  𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟  exp 𝑒 𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 × 100 = 437.0860 Ω  −  430 Ω 437.0860 Ω × 100 = 1.6211% 𝑀𝑖𝑥𝑡𝑜  = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜  −  𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟  exp 𝑒 𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 × 100 = 1776.4705 Ω −  1790 Ω 1776.4705 Ω × 100 = −0.7615% Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 15 Cuestionario Instrucciones: Subraya completamente la respuesta correcta 1. Aparato para medir los principales parámetros eléctricos (corriente, resistencia y diferencia de potencial) a) Tacómetro b) Densímetro c) Cromatógrafo d) Multímetro 2. Aparato con el cual se mide el valor de las resistencias a) Vatímetro b) Óhmetro c) Voltímetro d) Osciloscopio 3. Las unidades de la resistencia son: a) Volts b) Watts c) Ampere d) Ohm 4. Los factores que determinan la resistividad (ρ) de un material son: a) Longitud y material b) Longitud y área transversal c) Área transversal y temperatura d) Temperatura y material 5. Cuando el material tiene un valor muy grande de resistividad se considera que es: a) Superconductor eléctrico b) Mejor conductor eléctrico c) No es un buen conductor eléctrico d) No afecta sus características 6. La resistencia depende de: a) Longitud, área, temperatura y material b) Temperatura y longitud c) Longitud, área y material d) Área transversal, temperatura y material 7. La resistencia de un conductor es: a) Directamente proporcional a la L y A b) Inversamente proporcional a la L y directamente proporcional a la A. c) Inversamente proporcional al A y directamente proporcional a la L. d) Inversamente proporcional a la L y al A. 8. Si aumenta la longitud, la resistencia: a) Aumenta b) Se hace cero c) Permanece igual d) Disminuye 9. Si aumenta el área transversal, la resistencia: a) Aumenta b) Se hace cero c) Permanece igual d) Disminuye 10. Cuando algunos metales son enfriados a muy bajas temperaturas se vuelven superconductores, esto quiere decir que su resistencia: a) Disminuye un poco b) Se anula completamente c)Aumenta d) Sigue igual Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 16 11. Dibuja la conexión del circuito serie, paralelo y mixto en cada panel de conexiones, colocando el Óhmetro para la lectura de la resistencia equivalente en cada caso. Utiliza la simbología correcta. Simbología: - Resistencia - Óhmetro Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 17 Observaciones » Ramos Guerrero Alejandro Carlo Me di cuenta de la importancia que tienen los detalles en las mediciones, como fue en la experiencia 1 en la cual además de restar la resistencia de las terminales del multímetro para tener un valor más exacto el profesor nos comentó que puede variar la medición si hay partes afectadas por el óxido en el alambre y no permiten la continuidad. En la experiencia 2 confirmamos que la resistencia es inversamente proporcional al área del alambre haciendo la comparación con alambres de diferentes diámetros, y que en la experiencia 3 entender cómo funciona el sistema de bandas de colores en las resistencias y su porcentaje de tolerancia y eso se reflejó viendo que los valores de las resistencias eran casi exactamente lo que marcaban las bandas. » Rebolledo Miranda Tania Durante la realización de esta práctica, observamos que es sumamente importante realizar las mediciones con el multímetro, ya que, en el caso de la primera experiencia el no tomar adecuadamente las puntas del multímetro al hacer contacto con el nicromel y el constano, al tener movimiento o temblores, variaban los resultados de las mediciones. Al igual que, como se demostró en la práctica, los cálculos de error de porcentaje al resultarnos un valor elevado, de más del ±10%, siendo así que nuestras mediciones fueron totalmente erróneas y muy alejadas de los valores teóricos que tuvimos que haber obtenido. De igual forma, en la realización de la segunda experiencia, fue importante identificar la magnitud de cada resistencia, para que así se pudieran colocar de manera adecuada en cada circuito y poder tener mediciones adecuadas, y teniendo un error de porcentaje que está dentro de la tolerancia de ±10%. En general, en cada una de las experiencias, es importante prestar total atención, identificando cada resistencia y manejando adecuadamente el multímetro, siendo capaz de reconocer cuándo se debe cambiar la perrilla, cómo se deben colocar las puntas tanto en los materiales utilizados como en las resistencias. » Rodríguez Martínez Miguel Norberto En esta práctica No.2 “Resistencia eléctrica, resistividad y óhmetro” logramos observar por medio de las 4 experiencias como hay factores externos que afectan los valores en las mediciones de resistencia, desde la medición de una resistencia individual hasta la medición de la resistencia equivalente en un circuito. En la experiencia No.1 pudimos observar como el valor de la resistencia eléctrica en el material constano (0.1 mm) fluctuaba bastante debido a los factores externo Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 20 mismo se determinó el valor de la resistencia equivalente en circuitos en serie, paralelos y mixtos. Podemos concluir que no es necesario tener una fuente de alimentación eléctrica para determinar el valor en ohm de las resistencias. Así mismo podemos afirmar que los factores externos y la propia habilidad de quien lo haga afectan bastante en la medición de los diferentes parámetros como lo fue en el caso de la experiencia 1 pues si bien en el nicromel el porcentaje de error es mínimo, en el constano es altísimo lo cual nos indica un fallo en las mediciones o en los cálculos teóricos. Por otro lado, concluimos que es de vital importancia revisar los materiales a usar, esto con el fin de evitar fallas técnicas al momento de la experimentación . También pudimos comprobar cómo es que el área de un material afecta a su resistencia eléctrica, esto fue en la experiencia 2 donde se comprobó que la resistividad eléctrica de una materia es directamente proporcional a la longitud de este e inversamente proporcional a su área de sección transversal. Por últimos la resistencia equivalente de un circuito siempre va a depender del tipo de circuito que sea pues a pesar de que las resistencias posean los mismos valores si un circuito es mixto y otro paralelo la resistencia equivalente o total será diferente, » Tapia Romero Ángel En conclusión en esta práctica pudimos ver que como es que por medio de los cálculo del valor de la resistencia eléctrica del elemento resistivo mediante el cual ocupamos los código de colores y la fórmula de resistencia que se nos dieron para así poder medir un alambre con el cual cuantificamos las distintas medidas de las resistencias y así hacer una comparativa entre las experiencias logramos obtener que nuestra resistencia es directamente proporcional a la longitud del conductor lo cual es inversamente proporcional al área de su sección transversal ya que por medio de la experiencia 1 pudimos ver el caso del constano y nicromel con diámetro constante y longitud variable que hacía que cada vez que la longitud aumentaba también lo hacía la resistencia y por el lado contrario sucedía con el nicromel de la experiencia dos, ya que, el contar con una longitud constante y diámetro variable cada vez que el diámetro aumentaba la resistencia disminuía además de que en las demás experiencia concluimos sobre la importancia de conectar de manera correctas los circuitos y el cómo medirlo de manera adecuada para asi reportarlo en la practicas y no hubiera tantos errores. Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 21 REFERENCIAS F. (2021, 9 mayo). ¿Qué es la resistencia? Fluke. https://www.fluke.com/es- mx/informacion/blog/electrica/que-es-la-resistencia L., & L. (2016, 22 abril). Óhmetro, Definición, tipos y características. IngenieríaElectrónica. https://ingenieriaelectronica.org/ohmetro-definicion-tipos- caracteristicas/ Resistencia Electrica Qué es Tipos Formulas Código Colores. (s. f.). areatecnologia. Recuperado 21 de marzo de 2022, de https://www.areatecnologia.com/electricidad/resistencia-electrica.html resistivity. (s. f.). glossary. Recuperado 21 de marzo de 2022, de https://glossary.oilfield.slb.com/es/terms/r/resistivity