C.E.C. y T. “CUAUHTEMOC”ACADEMIA DE FISICALABORATORIO DE FISICA IVMARZO 2013

PRACTICA 5

I.-Nombre: GALVANÓMETRO Y MOTOR ELECTRICO

II.-Objetivos:a) Reproducirá los fenómenos físicos relativos a la práctica.b) Adaptara un galvanómetro para que funcione como voltímetro.c) Convertirá un galvanómetro en amperímetro.d) Armara un motor elemental de C.D. y lo hará funcionar.

III.-Consideraciones teóricas.

GALVANÓMETRO es un dispositivo electromecánico capas de medir corrientes eléctricas de hasta un microampere, como es el caso del galvanómetro D´Arsonval utilizados en laboratorios de física.

El principio del funcionamiento del galvanómetro es el par motor y puede moverse una aguja acoplada a una bobina o a un imán, sobre una escala para indicarnos una medición. Dependiendo del acoplamiento con la aguja, el galvanómetro puede ser de un imán móvil o de una bobina móvil, a la vez cada tipo de medidor se puede llamar de acuerdo a sus características propias, como por ejemplo el galvanómetro de D´Arsonval, de cuadro móvil o bobina móvil, el electrodinamómetro; etc.

En esta práctica usaremos uno de cuadro móvil. Este galvanómetro consta fundamentalmente de una bobina devanada en un núcleo de hierro y colocado en el entrehierro de un imán cilíndrico.

En el entrehierro el campo magnético es uniforme. La bobina esta pivoteada por el centro y sostiene en su cuerpo una aguja de aluminio, esta ultima acoplada a una escala donde se lee el valor de la corriente, tal como se muestra en la figura 1.

El funcionamiento consiste en que cuando circula corriente por la bobina aparece un campo magnético al interior de esta, que al interaccionar con el campo del imán permanente, por efecto motor aparece un par de fuerzas en la primera, causa de su giro. El giro es proporcional al par de fuerzas y este a la intensidad de corriente en la bobina.

0 Escala 0 Escala Pieza polar

N S

Bobina bobina

Figura 1 Voltmetro o voltímetro es un dispositivo electromecánico utilizado para medir

potencial eléctrico, diferencia de potencial o fem, esta compuesto esencialmente de un galvanómetro conectado en serie con una resistencia eléctrica como se muestra en la figura 2, este resistor conocido como multiplicadora sirve propiamente para limitar la corriente que circulara por la bobina del galvanómetro durante la medición; la resistencia de este resistor limitador es

-2 /FIV/P5/MARZO-2013-comúnmente de mayor valor que la resistencia del galvanómetro. El valor de la resistencia multiplicadora puede calcularse con la expresión:

donde V es el voltaje que medirá el galvanómetro a plena escala, Ig la sensibilidad del galvanómetro o corriente necesaria en el galvanómetro para que la aguja se desvié toda la escala y Rg es la resistencia de la bobina del galvanómetro.

Rg

Ig G Rm

- +

RL

Figura 2

AMPERÍMETRO O AMPERMETRO es un medidor de corriente eléctrica, fundamentalmente esta compuesto de un galvanómetro y un resistor conectado en paralelo con el primero. Al resistor también se le llama resistencia Shunt, aquí le llamaremos resistor derivador de corriente, porque propiamente esta en su función, derivar la mayor parte de la corriente que se va a medir, para evitar que el exceso de corriente en la bobina del galvanómetro lo averié. Es común que la resistencia del resistor derivador sea muy pequeña respecto a la resistencia del galvanómetro, ver figura 3.

Rg

Ig Rsh

+ - RL

Figura 3La resistencia derivadora se puede calcular con la expresión:

donde Ig es la sensibilidad del galvanómetro, Rg la resistencia del galvanómetro e I la corriente máxima que se pretende medir con el amperímetro.

-3 /FIV/P5/MARZO-2013-MOTOR ELECTRICO es un dispositivo electromecánico que convierte energía

eléctrica en energía mecánica, su principio de funcionamiento es el efecto motor. Consta

fundamentalmente de un campo magnético uniforme, proporcionado por un imán o una bobina fija llamada estator y una bobina móvil en el interior del estator llamada rotor, cómo su nombre lo indica el rotor, tiene la posibilidad de girar ya que esta suspendido de dos soportes.

Su principio de funcionamiento es el efecto motor, semejante al descrito para el galvanómetro, solo que en este se usan procedimientos mecánicos o eléctricos para mantener el momento del par en la misma dirección, a fin de el giro del rotor se de 2 radianes.

Los motores elementales pueden ser de corriente directa o de corriente alterna y solo se diferencian en la forma de alimentación del rotor, por conmutador o anillos rozantes respectivamente, tal como se muestra en la figura 4.

Eje de giro

Conmutador N S + -

Escobillas - + - + anillos rozantes

Figura 4

IV.- MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO.i. Un galvanómetro de Rg =1 K, Ig =400 A

ii. Un multimetroiii. Una fuente de tensión eléctrica de 0-12 V.C.D.iv. Un resistor de 43 , 2 W y uno de 1 K, 2 Wv. Un resistor de 24x103 , 2 W

vi. Un motor elemental de C.D./C.A. con accesorios.vii. Un tablero para conexiones.

V.- DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Experimento 1. conversión de un galvanómetro a voltímetro.

A.-El galvanómetro que se le proporciono es capaz de medir una diferencia de potencial de 0.4 V a plena escala, según lo muestran las características asentadas. Vamos a convertirlo en un voltímetro capaz de medir 10 Volts máximo. Para esto, calculemos con la ecuación correspondiente la resistencia multiplicadora. Espacio para cálculo.

B.- Con su multímetro verifique que la fuente le este proporcionando una fem de 9 V.C.D.

-4 /FIV/P5/MARZO-2013-C.-Arme el dispositivo en su tablero, el circuito mostrado en la figura 5, donde aparece la resistencia multiplicadora.

- - G voltímetro convertido V + + Rm voltímetro comercial + -

figura 5

D.-Cierre el interruptor de la fuente. Si su conversión esta bien hecha, el voltaje medido en el voltímetro comercial utilizado debe ser igual al medido en el voltímetro convertido.

Conteste:1. ( ) Para convertir un galvanómetro en un voltímetro se requiere conectarle un

resistor adecuado en: a) paralelo b)serie c)serie paralelo d) mixto2. ( ) El resistor conectado es en magnitud:

a) mayor a RL b) mayor a Rg c) menor a RL d) igual a Rg

3. ( ) La caída de tensión en los resistores es: a) mayor a Rg b) mayor a RLc) igual en ambos d) menor a RL

EXPERIMENTO 2. CONVERSIÓN DE UN GALVANÓMETRO EN UNAMPERÍMETRO.

A.-El galvanómetro del equipo puede medir solo hasta 4x10-4 A, tal como lo especifican sus características. Ahora lo convertiremos en un amperímetro capaz de medir hasta 10mA, 25 veces su sensibilidad. Para esto, calculemos la resistencia derivadora usando la ecuación correspondiente.

Área para cálculos

B.-Con su multimetro verifique que su fuente de alimentación le esta proporcionando 9 V.C.D.. Apáguela y aplique a un resistor de 1 K y un amperímetro comercial como se muestra en la figura 6a. Cierre el interruptor, mida la corriente y regístrela.

I=__________________ A

C.-Aplicando la ley de Ohm, calcule la corriente que circula por el circuito.

I= = ----- =_______________ A

D.- Arme en su tablero el circuito mostrado en la figura 6b, donde aparecen dos amperímetro, uno comercial y otro convertido con un galvanómetro y una resistencia derivadora calculada. Cierre el interruptor de la fuente y verifique que los dos amperímetros miden la misma corriente.

-5 /FIV/P5/MARZO-2013-Conteste:

1. ( ) Para convertir un galvanómetro en un amperímetro se requiere conectarle un resistor adecuado en:

a) paralelo b) serie c) serie paralelo d)mixto2. ( ) El resistor conectado es en magnitud:

a) mayor en Rd b) menor en Rd c) igual a Rg d) ) menor a Rg

3. ( ) La corriente en los resistores es:a) mayor en Rg b) menor en Rg c) igual en ambos d) mayor en Rd

R=1 k R=1 k Rd +

A A G - + - -

+ -

+ - V=9 volt figura 6a figura 6b

EXPERIMENTO 3. MOTOR DE C.D.A.-El motor proporcionado funciona como motor de C.D. si las escobillas de este se colocan en el centro del cilindro, lugar donde se localiza el conmutador. Coloque las escobillas en su lugar y alimente al motor con una fuente de tensión de 4.5 V.C.D..Encienda la fuente por 10 seg. y apáguela.

B.-Coloque la perilla de la fuente de alimentación en posición de 1.5 V.C.D., aplique la fuente al motor y encienda. Funcionando, incremente 1.5 V.C.D. la alimentación hasta llegar a 6 V.C.D.; por cada incremento de tensión deje funcionando el motor 5 segundos.Apague la fuente.Conteste:1. ( ) Al aumentar la fem con la que se alimenta un motor de C.D., su rapidez angular:

a) Disminuye b) aumenta c) no cambia d) se anula2. ( ) El dispositivo en que el motor elemental de C.D. se utiliza para hacer que el

momento del par mecánico conserve su sentido del giro durante 2 radianes se llama:a) rotor b) estator c) anillo rozante d) conmutador

C.- Verifique que la fuente esta apagada. Invierta las terminales de alimentación y con la perilla selectora de tensión de 6 V.C.D. encienda la fuente. Observe el sentido del giro.Conteste1. ( ) Se puede cambiar el sentido del giro del motor de C.D. simplemente:

a) aumentando la fem de alimentaciónb) disminuyendo la fem de alimentaciónc) invirtiendo su alimentaciónd) invirtiendo su alimentación y el sentido del campo

D.-Verifique que la fuente este apagada. Invierta la posición de los imanes y con la perilla selectora de 6 V.C.D. encienda la fuente. Observe el sentido del giro.Conteste:1. ( ) Se puede cambiar el sentido de giro del rotor de un motor de C.D. simplemente:

a) aumentando la fem de alimentaciónb) disminuyendo la fem de alimentaciónc) invirtiendo su alimentación y el sentido del campod) invirtiendo el sentido del campo