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Fisica 1° · 2024
Libro de Física 1 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

143/274

Elaboración de gráficos V–I, V–R e I–P en un experimento eléctrico

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 1° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

a) Recta por el origen de pendiente R = 5\,\Omega. b) Recta por el origen de pendiente G = 1/R = 0{,}2\,\Omega^{-1}. c) Recta horizontal en R = 5\,\Omega. d) Parábola P = R\,I^2 = 5\,I^2.

📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 143

Fisica 1° · 2024

143
Ejercicio 143

(continuación del paso d)

Enunciado: Elaboro un gráfico con los datos obtenidos: (i) voltaje (eje Y) versus corriente (eje X); (ii) voltaje (eje X) versus corriente (eje Y); (iii) voltaje (eje X) versus resistencia; (iv) corriente (eje X) versus potencia.

Nota: la página anterior (con la tabla de datos) no aparece en esta imagen. Se usa un juego de datos típico de este laboratorio (resistencia de R = 5\,\Omega fija y fuente variable): sustituya los valores reales de su cuadro; la forma de los gráficos será la misma.

Datos de referencia

V\,(\text{V}) I\,(\text{A}) R = \frac{V}{I}\,(\Omega) P = V\cdot I\,(\text{W})
0 0 — 0
2 0.4 5.0 0.8
4 0.8 5.0 3.2
6 1.2 5.0 7.2
8 1.6 5.0 12.8
10 2.0 5.0 20.0
a
Parte 143.a

Voltaje (eje Y) versus corriente (eje X)

  1. En el eje horizontal (X) ubique I en \text{A}; en el vertical (Y), V en \text{V}.
  2. Marque los pares (I,V) = (0,0),\ (0{,}4,2),\ (0{,}8,4),\ (1{,}2,6),\ (1{,}6,8),\ (2{,}0,10).
  3. Trace la recta de mejor ajuste: pasa por el origen y es recta, es decir V = R\,I.
  4. La pendiente es m = \frac{\Delta V}{\Delta I} = \frac{10\,\text{V} - 0\,\text{V}}{2{,}0\,\text{A} - 0\,\text{A}} = 5\,\Omega, que es la resistencia R.
xychart-beta
    title "Voltaje (Y) vs Corriente (X)"
    x-axis "Corriente I (A)" [0, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.0]
    y-axis "Voltaje V (V)" 0 --> 11
    line [0, 2, 4, 6, 8, 10]
Respuesta

Recta recta que pasa por el origen, de pendiente R = 5\,\Omega (ley de Ohm V = R\,I).

b
Parte 143.b

Voltaje (eje X) versus corriente (eje Y)

  1. Intercambie los ejes: V en el eje X y I en el eje Y.
  2. Marque los pares (V,I) = (0,0),\ (2,0{,}4),\ (4,0{,}8),\ (6,1{,}2),\ (8,1{,}6),\ (10,2{,}0).
  3. La recta sigue pasando por el origen; ahora la pendiente es m' = \frac{\Delta I}{\Delta V} = \frac{2{,}0\,\text{A}}{10\,\text{V}} = 0{,}2\,\Omega^{-1}, que es la conductancia G = \frac{1}{R}.
xychart-beta
    title "Voltaje (X) vs Corriente (Y)"
    x-axis "Voltaje V (V)" [0, 2, 4, 6, 8, 10]
    y-axis "Corriente I (A)" 0 --> 2.2
    line [0, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.0]
Respuesta

Misma recta por el origen, pero con pendiente G = \frac{1}{R} = 0{,}2\,\Omega^{-1}. Intercambiar los ejes invierte la pendiente.

c
Parte 143.c

Voltaje (eje X) versus resistencia (eje Y)

  1. En el eje X coloque V\,(\text{V}) y en el eje Y R\,(\Omega).
  2. Calcule R = \frac{V}{I} para cada fila: \frac{2}{0{,}4} = 5{,}0\,\Omega, \frac{4}{0{,}8} = 5{,}0\,\Omega, \frac{6}{1{,}2} = 5{,}0\,\Omega, \frac{8}{1{,}6} = 5{,}0\,\Omega, \frac{10}{2{,}0} = 5{,}0\,\Omega.
  3. Grafique (V,R): todos los puntos tienen R = 5{,}0\,\Omega.
  4. Se obtiene una recta horizontal en R = 5\,\Omega: la resistencia no depende del voltaje (el experimento mide un mismo resistor con fuente variable).
xychart-beta
    title "Voltaje (X) vs Resistencia (Y)"
    x-axis "Voltaje V (V)" [0, 2, 4, 6, 8, 10]
    y-axis "Resistencia R (ohm)" 0 --> 7
    line [5, 5, 5, 5, 5, 5]
Respuesta

Recta horizontal en R = 5\,\Omega, evidencia de que R es constante e independiente de V (condición de validez de la ley de Ohm). Si el laboratorio hubiera variado R con corriente constante, el gráfico sería una recta V = I\,R que pasa por el origen.

d
Parte 143.d

Corriente (eje X) versus potencia (eje Y)

  1. En el eje X coloque I\,(\text{A}) y en el eje Y P\,(\text{W}).
  2. Calcule P = V\cdot I en cada fila: P = 2\cdot0{,}4 = 0{,}8\,\text{W}; P = 4\cdot0{,}8 = 3{,}2\,\text{W}; P = 6\cdot1{,}2 = 7{,}2\,\text{W}; P = 8\cdot1{,}6 = 12{,}8\,\text{W}; P = 10\cdot2{,}0 = 20{,}0\,\text{W}.
  3. Como V = R\,I, entonces P = V\,I = R\,I^2 = 5\,I^2: es una parábola que pasa por el origen.
  4. Grafique (I,P): la curva se abre hacia arriba porque P crece con el cuadrado de la corriente.
xychart-beta
    title "Corriente (X) vs Potencia (Y)"
    x-axis "Corriente I (A)" [0, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.0]
    y-axis "Potencia P (W)" 0 --> 22
    line [0, 0.8, 3.2, 7.2, 12.8, 20.0]

Cómo trazar en el papel milimétrico de la página

  1. Elija escalas que aprovechen la hoja (por ejemplo: 1 cuadro grande = 0{,}4\,\text{A} en X y 1 cuadro = 1\,\text{V} en Y para el gráfico 1.a).
  2. Dibuje los ejes con regla y flechas al final, rotulándolos con la magnitud y su unidad entre paréntesis.
  3. Marque los puntos con una pequeña cruz, dibuje la curva o la recta de ajuste (no la "unión de puntos") y escriba el título del gráfico.
Respuesta

Parábola P = R\,I^2 = 5\,I^2 que pasa por el origen; la potencia no crece linealmente con la corriente.

Contenido de la página

d) Elaboro un gráfico con los datos obtenidos.

  • Voltaje (eje Y) versus corriente (eje X).
  • Voltaje (eje X) versus corriente (eje Y).
  • Voltaje (eje X) versus (resistencia).
  • Corriente (eje X) versus (potencia).

[Hoja de papel milimétrico para trazar los cuatro gráficos.]

Ejemplos resueltos

Con datos V = 10\,\text{V} e I = 2{,}0\,\text{A}, ¿cuál es la pendiente de la recta V vs I?

m = \frac{\Delta V}{\Delta I} = \frac{10\,\text{V} - 0}{2{,}0\,\text{A} - 0} = 5\,\Omega, es decir la resistencia del elemento.

Tabla

V\,(\text{V}) I\,(\text{A}) R = V/I\,(\Omega) P = V\cdot I\,(\text{W})
0 0 — 0
2 0.4 5.0 0.8
4 0.8 5.0 3.2
6 1.2 5.0 7.2
8 1.6 5.0 12.8
10 2.0 5.0 20.0

Diagramas (4)

xychart-beta
    title "Voltaje (Y) vs Corriente (X)"
    x-axis "Corriente I (A)" [0, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.0]
    y-axis "Voltaje V (V)" 0 --> 11
    line [0, 2, 4, 6, 8, 10]
xychart-beta
    title "Voltaje (X) vs Corriente (Y)"
    x-axis "Voltaje V (V)" [0, 2, 4, 6, 8, 10]
    y-axis "Corriente I (A)" 0 --> 2.2
    line [0, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.0]
xychart-beta
    title "Voltaje (X) vs Resistencia (Y)"
    x-axis "Voltaje V (V)" [0, 2, 4, 6, 8, 10]
    y-axis "Resistencia R (ohm)" 0 --> 7
    line [5, 5, 5, 5, 5, 5]
xychart-beta
    title "Corriente (X) vs Potencia (Y)"
    x-axis "Corriente I (A)" [0, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.0]
    y-axis "Potencia P (W)" 0 --> 22
    line [0, 0.8, 3.2, 7.2, 12.8, 20.0]

Fórmulas y ecuaciones

V = R\,I \quad \Rightarrow \quad R = \frac{\Delta V}{\Delta I}

P = V\,I = R\,I^2

V = R\,I

R = \frac{V}{I}

G = \frac{I}{V} = \frac{1}{R}

P = V\,I = R\,I^2 = \frac{V^2}{R}

m = \frac{\Delta y}{\Delta x}

Glosario (5)

Pendiente
Razón entre el cambio en el eje Y y el cambio en el eje X; en un gráfico V vs I equivale a la resistencia R.
Conductancia (G)
Inverso de la resistencia, G = 1/R, medida en siemens (Ω⁻¹).
Potencia eléctrica (P)
Rapidez con la que se transforma energía eléctrica: P = V·I, medida en vatios (W).
Recta de mejor ajuste
Recta que pasa lo más cerca posible de todos los puntos experimentales, usada para reducir el error aleatorio.
Relación lineal
Dependencia de la forma y = m·x, representada gráficamente por una recta que pasa por el origen.

Preguntas para practicar

¿Por qué la ley de Ohm se verifica mejor con la pendiente de la recta V vs I que con el cálculo R = V/I punto por punto?

La pendiente de la recta de mejor ajuste promedia todos los datos, de modo que el error aleatorio de cada medición se compensa. En cambio, el cociente V/I de un solo punto arrastra todo el error de ese par de lecturas.

¿Qué significaría que la gráfica V vs I no pasara por el origen?

Indicaría un error sistemático, por ejemplo un voltaje residual medido con el amperímetro conectado, un contacto con resistencia parásita o un cero mal calibrado en el instrumento; el experimento debería repetirse.

Temas y conceptos clave

Electricidad: ley de Ohm y potenciaRepresentación gráfica de datos experimentalesley de Ohmpendiente de la recta V–Iconductanciapotencia eléctricaparábola P = R·I²escala del ejerecta de mejor ajuste

Fuentes y referencias

  • Ley de Ohm y potencia eléctrica: principios de electricidad de nivel secundario
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Preguntas que la gente también hace

¿Qué representa la pendiente de la recta en un gráfico V vs I?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Por qué la potencia eléctrica se grafica como parábola frente a la corriente?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué pasa con la resistencia calculada si la recta V–I no pasa por el origen?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Ley de Ohm: $V = R\,I$
  • • Definición de potencia eléctrica: $P = V\,I$
  • • Cómo leer e interpretar una gráfica cartesiana y calcular la pendiente
Siguiente tema sugerido
Lectura de gráficas y ajuste de recta a datos experimentales (residuos y mínimos cuadrados)
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 236 caracteres

d) Elaboro un gráfico con los datos obtenidos. e Voltaje (eje Y) versus corriente (eje X).

e Voltaje (eje X) versus corriente (eje Y).

e Voltaje (eje X) versus (resistencia).

e Corriente (eje X) versus (potencia).

14 Texto de Física

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