1Medidores Eléctricos.
OBJETIVO GENERAL:
Aprender a operar los principales medidores eléctricos
que se utilizarán en las prácticas de laboratorio.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
* Explicar el principio de funcionamiento del
Galvanómetro y su utilización en varias mediciones eléctricas.
* Describir el funcionamiento del
multímetro y su operación como
amperímetro, voltímetro y óhmetro.
* Demostrar por medio de varias experiencias que se aprendió a
utilizar el multímetro con la debida seguridad.
* Conocer el método de operación del osciloscopio y su manejo
correcto.
INTRODUCCIÓN.
Instrumentos que miden e indican magnitudes eléctricas, como corriente, carga, potencial y energía, o
las características eléctricas de los circuitos, como
la resistencia,
la capacidad, la capacitancia y la inductancia. La información se da
normalmente en una unidad eléctrica estándar: ohmios, volts, ampers, coulombs,
henrys, faradios, watts o joules.
Mecanismos básicos de los medidores
Por su propia naturaleza, los valores eléctricos no pueden medirse por
observación directa. Por ello se utiliza alguna
propiedad de la electricidad para producir una fuerza física susceptible de ser
detectada y medida. Por ejemplo, en el galvanómetro, el instrumento de
medida inventado hace más tiempo, la fuerza que se produce entre un campo
magnético y una bobina inclinada por la que pasa una corriente produce una
desviación de la bobina. Dado que la desviación es proporcional a la intensidad
de la corriente se utiliza una escala calibrada para medir lacorriente
eléctrica. La acción electromagnética entre corrientes, la fuerza entre cargas eléctricas y
el calentamiento causado por una resistencia
conductora son algunos de los métodos utilizados para obtener mediciones
eléctricas analógicas.
Calibración de los medidores
Para garantizar la uniformidad y la precisión de las medidas los medidores
eléctricos se calibran conforme a los patrones de medida aceptados para una
determinada unidad eléctrica, como
el ohmio, el amper , el volt o el watt.
Patrones principales y medidas absolutas
Los patrones principales del
ohmio y el amper de basan en definiciones de estas unidades aceptadas a nivel
internacional y basadas en la masa, el tamaño del conductor y el tiempo. Las técnicas de medición que utilizan estas unidades básicas son
precisas y reproducibles. Por ejemplo, las medidas absolutas de ampers
implican la utilización de una especie de balanza que mide la fuerza que se
produce entre un conjunto de bobinas fijas y una
bobina móvil. Estas mediciones absolutas de intensidad de
corriente y diferencia de potencial tienen su aplicación principal en el
laboratorio, mientras que en la mayoría de los casos se utilizan medidas
relativas. Todos los medidores que se describen en los
párrafos siguientes permiten hacer lecturas relativas.
Medidores de corriente
Galvanómetros: Los galvanómetros son los instrumentos principales en la
detección y medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una
corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del
galvanómetro está diseñado de formaque un imán permanente o un electroimán
produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de
corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil
puede ser el imán o la bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente. Este
elemento móvil puede contar con un puntero o algún
otro dispositivo que permita leer en un dial el grado de inclinación.
El galvanómetro de inclinación utiliza un pequeño
espejo unido a una bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial
situado a una distancia aproximada de un metro. Este sistema
tiene menos inercia y fricción que el puntero, lo que permite mayor precisión.
El tratamiento llamado diatermia, consiste en calentar una parte del
cuerpo haciendo pasar una corriente de alta frecuencia entre dos electrodos
colocados sobre la piel. Cuando se añade al galvanómetro una escala graduada y
una calibración adecuada, se obtiene un amperímetro,
instrumento que lee la corriente eléctrica en ampers.
Sólo puede pasar una cantidad pequeña de corriente por el fino hilo de la bobina de
un galvanómetro. Si hay que medir corrientes
mayores, se acopla una derivación de baja resistencia
a los terminales del
medidor. La mayoría de la corriente pasa por la resistencia de la
derivación, pero la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo
proporcional a la corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad el galvanómetro
se emplea para medir corrientes de varios cientos de
ampers.
Los galvanómetros tienen denominacionesdistintas según la
magnitud de la corriente que pueden medir.
Microamperímetros: Un microamperímetro está calibrado
en millonésimas de amper y un miliamperímetro en milésimas de amper.
Los galvanómetros convencionales no pueden utilizarse para medir corrientes
alternas, porque las oscilaciones de la corriente producirían una inclinación
en las dos direcciones.
Electrodinamómetros: Sin embargo, una variante del galvanómetro, llamado electrodinamómetro,
puede utilizarse para medir corrientes
alternas mediante una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una
bobina fija situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado
que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierte en el mismo momento,
la inclinación de la bobina móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido,produciéndose una medición constante de la corriente. Los
medidores de este tipo sirven también para medir corrientes continuas.
Medidores de aleta de hierro: Otro tipo de medidor electromagnético es el
medidor de aleta de hierro o de hierro dulce. Este
dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce, una fija y otra móvil, colocadas
entre los polos de una bobina cilíndrica y larga por la que pasa la corriente
que se quiere medir. La corriente induce una fuerza magnética en las dos
aletas, provocando la misma inclinación, con independencia de la dirección de
la corriente. La cantidad de corriente se determina midiendo el grado de
inclinación de la aleta móvil.
Medidores de termopar: Para medir corrientesalternas de alta
frecuencia se utilizan medidores que dependen del efecto calorífico de la corriente. En
los medidores de termopar se hace pasar la corriente por un
hilo fino que
calienta la unión de termopar. La electricidad generada por el termopar se mide
con un galvanómetro convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente
pasa por un hilo
fino que se calienta y se estira. El hilo está unido mecánicamente a un
puntero móvil que se desplaza por una escala calibrada con valores de
corriente.
Medición del voltaje
El instrumento más utilizado para medir la diferencia de potencial (el voltaje)
es un galvanómetro que cuenta con una gran resistencia unida a la
bobina. Cuando se conecta un medidor de este tipo a
una batería o a dos puntos de un circuito eléctrico con diferentes potenciales
pasa una cantidad reducida de corriente (limitada por la resistencia
en serie) a través del
medidor. La corriente es proporcional al voltaje, que puede medirse si el
galvanómetro se calibra para ello. Cuando se usa el
tipo adecuado de resistencias en serie un galvanómetro sirve para medir niveles
muy distintos de voltajes. El instrumento más preciso para medir el voltaje, la
resistencia
o la corriente continua es el potenciómetro, que indica una fem no valorada al
compararla con un valor conocido.
Para medir voltajes de corriente alterna se utilizan medidores de alterna con alta resistencia interior, o
medidores similares con una fuerte resistencia
en serie.
Los demás métodos de medición del voltaje utilizan tubos de
vacío ycircuitos electrónicos y resultan muy útiles para hacer mediciones a
altas frecuencias. Un dispositivo de este tipo es el
voltímetro de tubo de vacío. En la forma más simple de este
tipo de voltímetro se rectifica una corriente alterna en un tubo de diodo y se
mide la corriente rectificada con un galvanómetro convencional. Otros
voltímetros de este tipo utilizan las características
amplificadoras de los tubos de vacío para medir voltajes muy bajos. El
osciloscopio de rayos catódicos se usa también para hacer mediciones de
voltaje, ya que la inclinación del haz de
electrones es proporcional al voltaje aplicado a las placas o electrodos del tubo.
MATERIAL:
* Multímetro Analógico
* Multímetro Digital
* Osciloscopio
* Fuente de Alimentación de CC
* Generador de funciones
* Protoboard (Tablilla de conexiones)
* Resistores
DESARROLLO EXPERIMENTAL
1. Resistencias
2.1 Mediante el “código de colores” identifica diferentes resistencias
eléctricas con las siguientes magnitudes:
330 a„¦
820 a„¦
100 a„¦
1000 a„¦
10000 a„¦
2.2 Comprueba los datos “teóricos” del paso anterior, utilizando un multímentro
y compara los datos entre sí.
2.3 Calcula el porcentaje de error entre los datos teóricos (mediante el código
de colores) y los datos experimentales leídos en el instrumento.
2.4 Determina si ese porcentaje de error es permitido
por la tolerancia de las resistencias
2. Circuitos en serie y circuitos en paralelo
3.5 Construye un circuito en serie con las
siguientescaracterísticas: 1 resistencia de 330
a„¦, 1 resistencia de 820 a„¦, 1 resistencia de 1ka„¦,
todo esto alimentado con 2.8V.
3.6 Construye un circuito en paralelo con las siguientes
características: 1 resistencia de 100a„¦, 1 resistencia de 820a„¦, 1 resistencia de 10ka„¦ y alimentado por 2.8V.
3.7 Siguiendo las diferentes indicaciones y métodos de los profesores, procede
a medir tanto el voltaje y la corriente en ambos circuitos. Realiza
las anotaciones necesarias de los datos obtenidos.
3.8 Analiza si los datos obtenidos, tanto de volts como de amperes,
concuerdan con los datos teóricos que se esperarían obtener.
3.9 Calcula los porcentajes de error de cada una de las mediciones.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Dato teórico | 3 | 3 | 0 | 330 a„¦ | +-5% |
Dato experimental: 319.9 a„¦
E%=330a„¦-319.9a„¦330a„¦100=3.06%
Podemos observar que nuestro porcentaje de error de medición es de 3.06% y
debido a que nuestra última franja de la resistencia es de color dorado (lo que
implica una tolerancia de +-5%), caemos dentro de los límites de error
permitidos.
Dato teórico | 8 | 2 | 0 | 820 a„¦ | +-5% |
Dato experimental: 810 a„¦
E%=820a„¦-810a„¦820a„¦100=1.21%
Podemos observar que nuestro porcentaje de error de medición es de 1.21% y
debido a que nuestra última franja de la resistencia es de color dorado (lo que
implica una tolerancia de +-5%), caemos dentro de los límites de error
permitidos.
Dato teórico | 1 | 0 | 0 | 100 a„¦ | +-5% |Dato experimental: 99.7 a„¦
E%=100a„¦-99.7a„¦100a„¦100=0.3%
Podemos observar que nuestro porcentaje de error de medición es de 0.3% y
debido a que nuestra última franja de la resistencia es de color dorado (lo que
implica una tolerancia de +-5%), caemos dentro de los límites de error
permitidos.
Dato teórico | 1 | 0 | 000 | 10000 a„¦ | +-5% |
Dato experimental: 9760 a„¦
E%=10000a„¦-9760a„¦10000a„¦100=2.4%
Podemos observar que nuestro porcentaje de error de medición es de 2.4% y
debido a que nuestra última franja de la resistencia es de color dorado (lo que
implica una tolerancia de +-5%), caemos dentro de los límites de error
permitidos.
Dato teórico | 1 | 0 | 00 | 1000 a„¦ | +-5% |
Dato experimental: 985 a„¦
E%=1000a„¦-985a„¦1000a„¦100=1.5%
Podemos observar que nuestro porcentaje de error de medición es de 1.5% y
debido a que nuestra última franja de la resistencia es de color dorado (lo que
implica una tolerancia de +-5%), caemos dentro de los límites de error
permitidos.
Circuito en paralelo
2.8V R1 R2 R3
100 a„¦ 820 a„¦ 10000a„¦
Resistencia | Voltaje |
100 a„¦ | 2.7 v |
820 a„¦ | 2.7 v |
10000 a„¦ | 2.7 v |
E%=2.8v-2.7v2.8v100=3.57%
Intervalo de medición | Amperaje |
Fuente - R1 | 26.6 mA |
R1 - R2 | 3.4 mA |
R2 - R3 | 2.7 mA |
Circuito en serie
R1= 330 a„¦2.8 V R2=820 a„¦
R3= 1000 a„¦
Resistencia | Voltaje |
330 a„¦ | 0.412 v |
820 a„¦ | 0.990 v |
1000 a„¦ | 1.201 v |
| ∑v=2.603 v |
E%=2.8v-2.603v2.8v100=7.04%
Intervalo de medición | Amperaje |
Fuente - R1 | 1.45 mA |
R1 - R2 | 1.44 mA |
R2 - R3 | 1.50 mA |
Discusión y Resultados
a) Según las resistencias que se midieron sencontró valores que se encuentran
fuera del rango de tolerancia?
b) sque significado tiene el termino continuidad en un
circuito corriente continua?
Entendida como aquella
que tiene un valor constante I = I0, y circula siempre en el mismo sentido a lo
largo del
conductor; Una de las propiedades fundamentales de la carga eléctrica es su
carácter conservativo.
c) ses realmente despreciable la resistencia de lo conductores
eléctricos utilizados?
Los conductores son los que transportan la corriente
eléctrica por el circuito y permiten la interconexión entre los distintos
elementos. Si bien es cierto que un conductor
tiene una resistencia eléctrica, ésta es
despreciable en comparación ofrecida por la resistencia. Desde este
punto de vista, los conductores representados en el circuito son ideales es
decir, se considera que no tienen resistencia
eléctrica.
d)
g) Investigue el significado de V pico pico, V eficaz, V máxima y V promedio
El voltaje pico a pico no es otra cosa que la suma de las dos amplitudes
máximas de la corriente alterna, la delsentido directo y la del inverso. Hablamos entonces de un nivel
de amplitud promedio, en otras palabras voltios RMS, los que equivalen a la
amplitud que debería tener una corriente eléctrica continua para realizar un
mismo trabajo de tipo resistivo, no inductivo y no capacitivo. En otras palabras es la diferencia entre su pico o máximo positivo
y su pico negativo.
VOLTAJE EFICAZ, EFECTIVO O RMS. La corriente alterna y los voltajes se expresan
de forma común por su valor efectivo o RMS (Root Mean Square –Raíz Media
Cuadrática).Cuando se dice que en nuestras casas tenemos 120 o 220 voltios,
éstos son valores RMS o eficaces. El valor RMS es el valor del voltaje o corriente en C.A. que
produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o
corriente directa.
VOLTAJE MEDIO. Valor del área que forma con el eje de
abscisas partido por su período. El valor medio se puede interpretar como
el componente de continua de la oscilación sinusoidal. El área se considera
positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si
está por debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al
negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una
Oscilación sinusoidal se refiere a un semiciclo.
El voltaje máximo, Vmax es la mitad del
voltaje pico a pico y el término j se llama ángulo inicial de fase, su valor
depende del
valor que tiene V cuando se elige el instante de tiempo cero.
h) sPor qué no hay polaridad definida en CA?
El otro tipo de corriente que existe se llama corrientealterna (C.A.) ya que cambia constantemente de dirección,
la corriente en todo circuito fluye del terminal negativo hacia el
positivo, por lo mismo, para que haya flujo de corriente alterna la polaridad
debe de cambiar su dirección.
i) sCómo pueden medirse los voltajes o intensidades de corriente tan grandes
que se salen del
rango del
medidor?
-comprando un medidor nuevo con mayor capacidad
-tomando un nodo a tierra dividiendo el circuito en varias partes y hacer la
suma de los voltajes parciales
y lo mismo se hace para medir la corriente
-calcularlos teóricamente con los valores que tengamos a la mano de los
fabricantes de los componentes
j) Investigue algún método para medir con presicion resistencias muy grandes
(Ma„¦) o muy pequeñas (menores de un a„¦).
Para lograr este objetivo se necesita un multímetro
(mejor si es digital) de gran impedancia (resistencia)
de entrada y que esta resistencia
sea conocida. Después se arma el ciruito que se muestra a continuación
Del circuito se ve que se coloca en serie el
voltímetro con la resistencia
de valor desconocido (Rx). Esto causa una división de voltaje entre la resistencia interna (Rint) del voltímetro y la resistencia
Rx.
Del voltímetro se lee el voltaje (Vm) que
existe en la resistencia
interna (los terminales del
voltímetro), y con estos datos y la fórmula siguiente obtenemos el valor de Rx.
k) En el cuerpo humano sen que parte reside la mayor parte de la resistencia?
En la piel. Tabla que muestra la resistencia del cuerpo humano medida en Ohmios:
