Ley de Ohm

	`Autores: Cristina Caputo y Diego Mazzitelli` `Responsable disciplinar: Silvia Blaustein` `Área disciplinar: Física` `Temática: Corrientes eléctricas, conductores y la ley de Ohm` `Nivel: Secundario, ciclo básico` `Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar`

Propósitos generales

Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

Es un hecho experimental que, si se somete un objeto a una diferencia de tensión, V, circulará una corriente, I, a través del mismo. Para ciertos materiales, V e I son proporcionales y la constante de proporcionalidad es la resistencia, R, del material. Dicha proporcionalidad viene dada matemáticamente por la relación V = IR. Esta es la denominada ley de Ohm que, como verán a lo largo de esta secuencia, no siempre es válida.

Objetivos de las actividades

Que los alumnos analicen el rango de validez de la ley de Ohm para distintos materiales, cómo depende la conductividad eléctrica de la temperatura y estudien los aspectos básicos de la superconductividad.

Actividad 1: curvas V-I, materiales lineales y no lineales

1. A los efectos de verificar la validez de la ley de Ohm, formen grupos de tres o cuatro alumnos. Cada grupo realizará mediciones de la tensión en función de la corriente V(I) para dos de los siguientes elementos:

- Resistencia
- Lámpara de 12V
- Lámpara de 220V
- Plancha
- LED
- Mina de lápiz

a) Para cada elemento, deberán medir V e I para distintos valores de la tensión aplicada, incluyendo distintas polaridades.

b) A los efectos de realizar las mediciones, sugerimos utilizar alguno de los siguientes circuitos:

Donde la fuente es de 12V CC regulable (no es imprescindible que sea de 12V, pero debe ser de baja tensión y corriente continua).

c) En la figura, A representa el amperímetro, V el voltímetro y el símbolo de resistencia representa alguno de los elementos mencionados arriba. ¿Es equivalente utilizar cualquiera de los dos circuitos?

d) Mientras realizan las mediciones, vuelquen los datos obtenidos en una hoja de cálculo de OpenOffice, como se muestra en la figura:

e) En el caso de las mediciones correspondientes a la lámpara de 12V y al LED, deberán consignar en «Observaciones» si el elemento está encendido o no cuando se le aplican diferentes tensiones.

f) Grafiquen V=V(I) para cada elemento. Utilizando estos gráficos y los cocientes V/I de la columna C, discutan si la ley de Ohm es válida o no, clasificando los materiales en lineales o no lineales.

g) Las hojas de cálculo (dos por grupo) deberán ser colocadas en el servidor de manera de que todos tengan acceso a ellas para la segunda actividad.

2. Preguntas y actividades complementarias:

a) Busquen en internet las principales características de los elementos utilizados (con qué materiales están hechas las resistencias, los LEDs, las lámparas. ¿Qué es el grafito? ¿Y el grafeno?).

b) ¿Todos los materiales muestran un comportamiento independiente del sentido de la corriente? (Los LEDs no. ¿Por qué? ¿Cómo se fabrican?)

c) ¿Qué diferencia hay entre resistencia y conductividad?

d) Discutan la clasificación de los materiales en conductores, semiconductores y aislantes.

Actividad 2: descubriendo leyes

1. Cada alumno tendrá a su disposición al menos seis hojas de cálculo con los datos y gráficos obtenidos durante la actividad 1. Trabajen individualmente para obtener ajustes de las curvas V(I) utilizando la función «línea de tendencia» del programa Calc que está en sus equipos portátiles. El menú se despliega con el botón derecho del mouse sobre el gráfico correspondiente. En el caso de materiales lineales, será claro que el ajuste con una función lineal será adecuado, y a partir de la pendiente de la recta podrán obtener la resistencia del material. En el caso de materiales no lineales, podrán intentarse diferentes ajustes (potencias, exponenciales).

a) En el caso de materiales lineales: ¿cómo se comparan los valores de resistencia obtenidos con los que se miden directamente con el multímetro?

b) En el caso de elementos no lineales: ¿cómo se comparan los valores de resistencia obtenidos con los que se miden directamente con el multímetro? Para resolver esta pregunta, consulten con el docente cómo funciona el multímetro cuando mide resistencias.

c) El caso de las lámparas es particularmente interesante para discutir la dependencia que tiene la resistencia a la temperatura: a partir del hecho de que las lámparas se comportan linealmente cuando se mide la resistencia a corrientes bajas (de manera que la lámpara no enciende), se puede concluir, tentativamente, que la resistencia aumenta con la temperatura.

- Discutan entre todos y con el docente distintas maneras de confirmar esta hipótesis.
- Busquen en internet la conductividad del tungsteno y de otros materiales en función de la temperatura.

Actividad 3: la superconductividad y sus aplicaciones

La discusión anterior sugiere que, bajando la temperatura de un material, es posible disminuir su resistencia eléctrica. Existe una clase de materiales, los superconductores, para los cuales la resistencia eléctrica es nula por debajo de una cierta temperatura crítica.

1. Busquen en internet las principales características de los materiales superconductores y sus aplicaciones. Para guiar la búsqueda se sugieren algunos enlaces (ver la webgrafía recomendada al final de la secuencia) y también algunas preguntas:

a) ¿Quién descubrió la superconductividad? ¿Cuándo lo hizo?
b) ¿Cuáles son las temperaturas críticas típicas? ¿Qué son los superconductores de alta temperatura crítica?
c) ¿Para qué se utilizan los superconductores en los trenes de alta velocidad, las máquinas de resonancia magnética, «la máquina de Dios» (LHC) y otros aceleradores de partículas?
d) ¿Cuáles serían las ventajas y desventajas de utilizar cables superconductores en la distribución de la energía eléctrica?

2. Elaboren en grupos de cuatro una breve presentación utilizando OppenOffice en la que describan las principales aplicaciones de los materiales superconductores. Luego, compártanla en el servidor de la escuela.

Webgrafía recomendada