Curvas características de voltaje - corriente

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
LABORATORIO N° 3
CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE - CORRIENTE
CURSO:
FÍSICA II (CB312 U)
ALUMNOS:
Nuñez Huanca Kevin 20130438K
Rodríguez Jaime Roberth 20140083K
Quispe Ramos Kelvin 20142056K
PROFESOR:
San Bartolomé Montero, Hewer Jaime
FECHA DE ENTREGA:
05 / 11 / 2015
2015 - II

2. EXPERIMENTO N° 30: CURVAS CARACTERISTICAS
VOLTAJE-CORRIENTE
1. OBJETIVO
- Obtener las gráficas corriente-voltaje de elementos resistivos y estudiar sus
características.
- Comprobar experimentalmente la ley de Ohm (en los materiales Óhmicos).
2. FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1. RESISTENCIAELÉCTRICA:
Es la igualdad de oposición que tienen los electrones al moverse a través de un
conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se
representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm,
quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.
2.2. LEY DE OHM
La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es
una ley de la electricidad. Estableceque la diferencia de potencial que aparece entre
los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de
la corriente que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo
la noción de resistencia eléctrica; que es el factor de proporcionalidad que aparece
en la relación entre V e I
La ley de Ohm, es una propiedad específica de ciertos materiales. La relación
Es el enunciado de la ley de Ohm. Un conductor cumple con la ley de Ohm sólo si
su curva V-I es lineal.

3. A los materiales que no cumplen con la Ley de Ohm, se les llama materiales no
ohmnicos, su curva V vs I no es lineal y depende de cada material. Por ejemplo
tenemos:
Curva I vs V característica de los diodos
2.3. COMPORTAMIENTOS SEGUN EL TIPO DE CORRIENTE
 EN CORRIENTE CONTINUA
Una resistencia real en corriente continua (CC) se comporta prácticamente
de la misma forma que si fuera ideal, esto es, transformando la energía
eléctrica en calor por efecto Joule. La ley de Ohm para corriente continua
establece que se cumple la ley de ohm.

4.  EN CORRIENTE ALTERNA
Una resistencia real muestra un comportamiento diferente del que se
observaría en una resistencia ideal si la intensidad que la atraviesa no es
continua. En el caso de que la señal aplicada sea senoidal, corriente
alterna (CA), a bajas frecuencias se observa que una resistencia real se
comportará de forma muy similar a como lo haría en CC, siendo
despreciables las diferencias. En altas frecuencias el comportamiento es
diferente, aumentando en la medida en la que aumenta la frecuencia
aplicada, lo que se explica fundamentalmente por los efectos inductivos que
producen los materiales que conforman la resistencia real
3. MATERIALES
 Una fuente de corriente continua (6V)
 Un reóstato para utilizarlo como potenciómetro
 Un amperímetro de 0 – 1 A
 Un voltímetro de 0 – 10 V
 Una caja con tres elementos y dos resistencias de valores dados
 Ocho cables
 Dos hojas de papel milimetrado
 Un osciloscopio de dos canales de 25 MHz, Elenco S1325
 Un transformador 220/6 V, 60 Hz
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Primera Parte: Determinación de las curvas usando voltímetro y amperímetro.
1. Identifique en la caja de cinco elementos, los elementos incógnita cuyas
curvas características nos proponemos investigar: E1, E2 y E3. Observe
también que hay una resistencia de 1 Ω y una de 100 Ω. En esta primer parte
se usarán sólo E1, E2 y E3.
2. Arme el siguiente circuito y regule la fuente para que entregue 6V.

5. 3. Gire el cursor del reóstato a fin de que el voltaje medido sea nulo.
4. Conecte los puntos “a” y “b” a la lámpara (E1) a fin de averiguar el
comportamiento de la resistencia de su filamento.
5. Varié el cursor del reóstato para medir la intensidad de corriente que circula
por el filamento del foquito cuando la diferencia de potencial es de 1 voltio.
Sugerencia: Emplear una escala de 5 o 6 V. (EN EL VOLTÍMETRO).
6. Repita el paso anterior para 2, 3, 4, 5 y 6 V.
7. Repita los pasos 4 y 5 para la resistencia de carbón (E2).
8. Repita los pasos 4 y 5 para el diodo (E3) pero teniendo cuidado de no pasar
de 0,9 A (SE QUEMA). Obtenga los datos de voltaje para corrientes de 0,0;
0,1; 0,2;…; 0,9 A.
NOTA: Si no pasa corriente y sólo marca voltaje, invertir la polaridad.
Reostato
Voltimetro
Amperimetro
Fuente de
poder

6. Segunda Parte: Observación de las curvas características usando el osciloscopio.
NOTA: Para hacer esta parte del experimento se supone que el estudiante ha
realizado previamente el experimento 29 del manual de laboratorio.
9. Usando el transformador 220/6V, ensamble el circuito de la figura 2. En este
caso R es la resistencia conocida de 1 W. Coloque el control 21 del
osciloscopio en CHA (figura 5 de experimento 29) para observar la
dependencia respecto del tiempo del voltaje a través del filamento del foco.
Coloque el control 21 en CHB para observar la dependencia (respecto del
tiempo) de la corriente a través del filamento del foco. No olvide que el control
30 debe estar en posición “hacia afuera”.
10.Use el osciloscopio en el modo XY, es decir, control 30 en la posición
“adentro”, 24 en CHA y 21 en CHB. El control 16 debe estar en posición
“hacia afuera”. Observará la dependencia de I vs V para el filamento del foco.
11.Monte el circuito de la figura 3 para estudiar la curva característica de la
resistencia del carbón. En este circuito R es el elemento E2.
12.Establezca el circuito de la figura 4 para estudiar la curva característica de
un diodo de unión (E3).
5. DATOS EXPERIMENTALES
FOCO (E1)
# VOLTAJE (V) CORRIENTE (A)
1 0.2 0.7
2 0.3 1
3 0.4 1.3
4 0.6 1.5
5 0.7 1.6
6 0.8 1.9

7. 6. ANÁLISIS DE DATOS Y CÁLCULOS
1. Grafique I= f (V) con los valores obtenidos en los pasos 4,5, 6 y 7.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
CORRIENTE(A)
VOLTAJE (V)
I vs V (FOCO)
RESISTENCIADE CARBÓN (E2)
# VOLTAJE (V) CORRIENTE (A)
1 1 0.76
2 2 1.56
3 3 2.35
4 4 2.84
5 5 3.54
6 6 4.32
DIODO (E3)
# VOLTAJE
(V)
CORRIENTE
(A)
1 0.2 0
2 0.3 0
3 0.4 0
4 0.6 6.6
5 0.7 15.2
6 0.8 30
7 0.9 88

8. 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
0 1 2 3 4 5 6 7
CORRIENTE(I)
VOLTAJE (V)
I vs V (CARBÓN)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
CORRIENTE(I)
VOLTAJE (V)
I vs V (DIODO)

9. 2. ¿En cuál de los elementos se cumple la ley de ohm y en cuáles no?
Dado que la Ley de Ohm establece que la intensidad que circula por un
conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia
(R) y directamente proporcional a la tensión (E).
La ecuación matemática que describe esta relación es:
𝐼 =
𝑉
𝑅
Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la
diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia
en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es
constante, independientemente de la corriente (continua o alterna).
Esto se puede interpretar en una grafica I vs V, si esta es una recta de la cual su
pendiente seria 1/R.
Ahora si notamos las características de cada uno de estos materiales, el carbón
es un conductor no metálico cuya grafica intensidad vs voltaje tiende a ser una
recta que debe pasar por el origen ya que cuando V=0 entonces I=0, pero si
hacemos la regresión cuadrática a una función lineal ésta nos sale una recta que
pasa cerca del origen, por lo tanto podemos decir que la resistencia de carbón es
un “conductor Óhmico”.
A los materiales que no cumplen con la ley de Ohm, se les llama “Conductores
no Óhmicos”; en nuestro caso, estos elementos serían el filamento de foco y el
diodo. En el caso del filamento de foco se nota que su temperatura no es
constante; cuando aumenta el voltaje, la intensidad aumenta y su temperatura
también, lo que hace que su intensidad aumente pero no de la forma lineal como

10. en el caso del carbón. Ahora para el diodo, este es un dispositivo que tiene una
resistencia finita y comienza a pasar corriente a un determinado valor.
3. Para una diferencia de 0.8 voltios, halle las resistencias de los 3
elementos.
A partir de la ley de ohm, calculamos las resistencias:
ΔV = IR
𝑅 =
ΔV
I
…(1)
Para hallar los valores de la resistencia en cada uno de los casos para un
voltaje igual a 0,8 voltios tenemos que hallar las respectivas intensidades, a
través de los gráficos y por interpolación de los valores.
 Resistencia del filamento de foco (E1):
Para el foco tenemos la siguiente ecuación según su gráfico:
I = 0.0583 (ΔV) 4 - 0.3994 (ΔV) 3 + 0.8743 (ΔV) 2 - 0.1885 (ΔV) + 0.659
Reemplazando ΔV = 0.8 V ⇒ I = 0.887 A
Usando (1), tenemos:
𝑅 =
0.8𝑉
0.887𝐴
= 0.902 Ω

11.  Resistencia del carbón (E2):
Para la resistencia de carbón tenemos la siguiente ecuación según su gráfico:
I = 0.6923 (ΔV) + 0.1387
Reemplazando ΔV = 0.8 V ⇒ I = 0.693 A
Usando (1), tenemos:
𝑅 =
0.8𝑉
0.693𝐴
1.155 Ω
 Resistencia del diodo (E3):
Para la resistencia de carbón tenemos la siguiente ecuación según su gráfico:
I = 25675 (ΔV)6 – 76107 (ΔV)5 + 90452 (ΔV)4 – 54702 (ΔV)3 + 17705 (ΔV)2 -
2903.4(ΔV) + 188.08
Reemplazando ΔV = 0.8 V ⇒ I = 30.08064 A
Usando (1), tenemos:
𝑅 =
0.8𝑉
30.08064𝐴
= 0.0266 Ω
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 voltímetro y amperímetro.
Se observa experimentalmente en el osciloscopio la gráfica I vs V, la cual nos
arroja una curva con tendencia lineal en el caso de la resistencia de carbón y

12. del filamento del foco debido a que son materiales óhmico y por lo tanto no
depende de la corriente eléctrica ni de la diferencia de potencial. Donde:
𝑚(𝑓𝑖𝑙𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜) = 𝑅 =
0.8𝑉
0.887𝐴
= 0.902 Ω
𝑚( 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛) = 𝑅 =
0.8𝑉
0.693𝐴
1.155 Ω
5. En el caso del diodo se puede decir que hay un voltaje crítico a partir del
cual comienza a conducir. ¿Cuál es ese valor?
Existe un voltaje crítico a partir del cual comienza a conducir el diodo, este
voltaje mínimo necesario para conducir sería aproximadamente 0.4 voltios, el
cual se obtuvo a partir de la gráfica corriente vs voltaje en el diodo, y también
a partir de los datos experimentales hallados.
6. OBSERVACIONES
 El diodo presentó un calentamiento muy rápido y excesivo a medida que
hacíamos pasar la corriente por este material.
7. CONCLUSIONES
 La resistencia de carbón es un material ohmnico, pues la relación V/I es
constante e independiente de ambas cantidades.
 La gráfica del filamento del foco indica que este material se comporta como
un material ohmnico en cierto tramo.
 El filamento de carbón y sobre todo el diodo son materiales no ohmnicos,
pues sus curvas V vs I no son lineales.
 Se comprueba experimentalmente la existencia de materiales ohminos y no
ohmnicos.

13.  El diodo es un superconductor a partir de cierto punto, pues según la gráfica,
a partir de cierto punto, se necesita una pequeña variación de potencial para
hacer crecer la intensidad de corriente en grandes cantidades; el
calentamiento excesivo es prueba de la superconducción.
 La grafica I vs V para la resistencia de carbón se aproxima a una raíz
cuadrada muy pronucniada, indica que a partir de cierto punto, se necesita
hacer variar una gran cantidad el voltaje para hacer variar una pequeña
cantidad de corriente; se puede concluir que el filamento es buen conductor
en ciertos puntos (en la que la gráfica se aproxima a una recta) y luego pasa
a ser un mal conductor.
8. RECOMENDACIONES
 Se debe de calibrar correctamente los equipos para evitar errores de
cálculos.
 Se debe armar correctamente el circuito eléctrico siguiendo el esquema
dado, asegurándose primero que la fuente de suministro de energía eléctrica
este desconectada.
 Utilizar valores menores a 0.9 A en el caso del diodo, para evitar que se
queme.
9. BIBLIOGRAFÍA
 Manual de Laboratorio de Física General, Editorial UNI, experimento 30,
Págs. 116-119
 M.Zemansky,Fisica Universitaria ,Ed.Pearson,Mexico ,2009
 Universidad Tecnológica de Pereira, CARACTERÍSTICA VOLTAJE-CORRIENTE
EN ELEMENTOS DE CIRCUITOS,
http://www.utp.edu.co/~jsanz/index_archivos/lab_circuitos/LabCtos1.pdf