GUA DE PRCTICAS: LABORATORIO DE FSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

UNIVERSIDAD DE CUENCA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

ROMMEL CHACON

LABORATORIO DE FSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

PRCTICA 3:

INSTRUMENTOS DE MEDICION DE MAGNITUDES ELCTRICAS

1. Objetivo General

a) Emplear y conectar adecuadamente los instrumentos de medicin de magnitudes elctricas.

2. Objetivos Especficos:

a) Conocer e Identificar las distintas magnitudes elctricas existentes.b) Emplear correctamente un multmetro para la medicin de voltajes, intensidad y resistencia.c) Diferenciar entre los tipos de instrumentos de medida digitales y analgicos.d) Definir y diferenciar los conceptos de exactitud y precisin de un instrumento

3. Sustento Terico (Investigar e incluir en el informe):a) Magnitudes ElctricasMagnitud elctrica

Potencial elctrico (Tensin o voltaje)El potencial elctrico entre dos puntos es igual a la cantidad de trabajo que se necesita para llevar una unidad de carga de prueba positiva entre esos dos puntos.El potencial denotado por , es energa potencial por unidad de carga.

UnidadLa unidad del SI para el potencial se llama volt que es igual a 1 joule por coulomb

IntensidadEsta propiedad se define como la cantidad de electrones que fluyen de un punto con ms carga negativa a otro en una unidad de tiempo. La intensidad depende del nmero de electrones que circulen en el conductor.Unidad La unidad del SI para la corriente es el ampere, un ampere se define como u coulomb por segundo

ResistenciaLa resistencia elctrica es la mayor o menor capacidad de un material para permitir el paso de flujo de electrones de un punto a otro.UnidadLa unidad del SI para la resistencia es el ohm, igual a un volt por ampere Ley de ohmLa ley de Ohm, postulada por el fsico y matemtico alemn Georg Simon Ohm es una de las leyes fundamentales para el estudio de la electrodinmica, esta ley tiene una estrecha vinculacin con los valores de las magnitudes bsicas que se encuentren en cualquier circuito elctrico y son: Tensin o voltaje (V) Intensidad de la corriente (I) Resistencia (R)El postulado general de la ley de Ohm es el siguiente:El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito elctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensin o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.Formula:

Despejando de esta frmula podemos encontrar el valor de cualquier magnitud fundamental.b) Tipos de corriente: contina y alterna

Corriente continaSe denomina corriente continua al flujo de cargas elctricas que no cambia el sentido con el tiempo, es decir, la corriente continua es aquella que implica el flujo constante de electrones a partir de un conductor elctrico fijo entre dos puntos que contiene diferente potencial. En este tipo de corriente las cargas elctricas siempre estarn en la misma direccin, esto se debe a que los terminales son iguales, tanto aquel de menor potencial como las de mayor potencial.La simbologa de corriente continua es , en el siguiente grafico tenemos una representacin de corriente continua:

Corriente alterna La corriente alterna es aquella que circula durante un lapso de tiempo en un sentido y despus en sentido opuesto, volvindose a repetir este mismo proceso en forma constante, es decir, la corriente alterna se caracteriza porque la magnitud y la direccin presenta variacin de tipo cclico. En tanto, la manera conocida en que esta corriente oscilara es en forma senoidal, una curva que va subiendo y bajando continuamente, como se mencion anteriormente, gracias a esta forma senoidal la corriente alterna trasmite energa de una materna ms eficiente.La simbologa de la corriente alterna es , en el siguiente grafico se muestra la representacin de corriente alterna y vemos que vara primero hacia arriba y luego hacia abajo, de manera senoidal:

c) Instrumentos de Medicin Digitales AnalgicosInstrumentos elctricosLa importancia de los instrumentos elctricos de medicin es incalculable, ya que mediante el uso de ellos se miden e indican magnitudes elctricas, como corriente, carga, potencial y energa, o las caractersticas elctricas de los circuitos, como la resistencia, capacidad, capacitancia y la inductancia.Adems que nos permiten localizar puntos defectuosos en la operacin de cualquier aparato elctrico en el cual no podemos visualizar como en el caso de aparatos mecnicos.La informacin que nos devuelve estos instrumentos de medicin depende de la magnitud elctrica que estemos midiendo como: resistencia (ohmios), voltaje (voltios), intensidad (Amperios), etc.Para los 3 casos de magnitudes elctricas fundamentales que estamos estudiando existen instrumentos de medicin que son: Ampermetro Es el instrumento que mide la intensidad de la corriente elctrica. Su unidad de medida es el Amperio y sus submltiplos son el miliamperio y el microamperio. VoltmetroEs el instrumento que mide el valor de la tensin. Su unidad bsica es el voltio (V) con sus mltiplos el Mega voltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y submltiplos como el mili voltio (mV) y el micro voltio.

hmetroEl instrumento destinado a medir la resistencia de un conductor o de otro elemento, como una resistencia, al paso de la corriente de denomina Ohmmetro, el cual se mide en ohmios

Existen 2 clases de instrumentos de medicin estos son analgicos y digitalesInstrumentos de medicin analgicos Ampermetro analgico:Este instrumento que mide la intensidad de corriente es anlogo porque la indicacin de la medida es atreves del desplazamiento de una aguja que est sujeta con un eje para su movimiento, este movimiento se ejecuta atreves de un embobinado que es el que recibe voltaje acompaada de su potencia que es el ampere, dependiendo el ampere la aguja se desplazar ms. Voltmetro analgico:Un voltmetro se conecta en paralelo con los elementos que se miden.Miden la diferencia de potencial (voltaje) entre los puntos en los cuales se conecta. Al igual que el ampermetro, el voltmetro no debera cambiar la corriente y el voltaje del circuito que se est midiendo. Esta medicin del voltaje solo se puede alcanzar si el voltmetro no toma corriente alguna del circuito de prueba (debera aparecer como un circuito abierto entre los dos puntos a los cuales se conecta). Sin embargo la mayora de los voltmetros reales trabaja tomando una corriente pequea, pero finita y por lo mismo tambin perturban el circuito de prueba hasta cierto grado. hmetro analgico:El funcionamiento del hmetro es colocando una resistencia de bajo valor que es alimentada con una batera. Luego el galvanmetro medir la cantidad de voltaje que pase a travs de una resistencia.Instrumentos de medicin digitales Ampermetro digital:Con este instrumento se elimina los errores de lectura, ya que las mediciones se visualiza en una pantalla atreves de un nmero y como las partes mecnica mviles se han sustituid por circuitos electrnicos, tambin se minimiza el desgaste, utilizando una resistencia menos a 1 ohmio y un convertidor digital. Voltmetro digital:El voltmetro digital indica la tensin en forma numrica en una pantalla de cristal lquido (LCD). Para obtener la medida en la pantalla emplea un conversor analgico-digital que es un dispositivo electrnico capaz de convertir una entrada analgica de tensin en un valor binario, la seal analgica, que vara de forma continua en un tiempo, se conecta en una entrada del dispositivo y se somete a muestreo a una velocidad fija, obtenindose as una seal digital a la salida del mismo. hmetro digitalEl hmetro digital permite la apreciacin de valores en una pequea pantalla LCD.Todos los instrumentos de medicin mencionados anteriormente los podemos encontrar en unos solo denominado multmetro, con el cual podemos medir voltaje, intensidad y resistencia.As mismo hay dos clases de multmetros analgicos y digitales, cabe mencionar que un aparato analgico no mostrara valores casi exactos como el caso de un aparto digital.d) Conceptos: Precisin y ExactitudExactitud: la exactitud de una medicin especfica es la diferencia de un valor medido y el valor real de una cantidad. La desviacin del valor verdadero es un ndice de que tan exactamente se ha llevado a cabo una lecturaPrecisin: la precisin especifica la repetibilidad de un conjunto de lecturas, hecha cada una en forma independiente con el mismo instrumento. Se determina la estimacin de la precisin mediante la desviacin de la lectura con el valor promedio.

e) Identificacin del valor de una resistencia (Cdigo de Colores)

En el cuadro anterior nos indica el valor de una resistencia dependiendo del color, las resistencia consta de 4 colores, el primer color indica el valor del primer digito, el segundo color indica el valor del segundo digito, el tercer valor indica por cuantos cero se multiplica dicho digito y el cuarto color indicara el margen de error del valor de la resistencia este puede sobrepasar un mnimo valor como faltar un mnimo valor a la resistencia.

4. Materiales:

a) Fuente de Corriente Continua (Segn diagrama anexo)b) Protoboardc) Resistencias Variasd) Multmetro Digitale) Cables de Conexin

5. Procedimiento:

a) Identifique los instrumentos de medicin de magnitudes elctricas existentes. Completar la Tabla I, con las escalas disponibles para medicin de voltaje, intensidad y resistencia.

TABLA I. ESCALAS DE MEDICIN DE LOS INSTRUMENTOSINSTRUMENTO DIGITAL: (Indicar modelo)

ESCALA

Vdc200mV2V200V600V---

Vac200V600V-----

Idc200A2mA20mA200mA---

Iac10------

Resistencia2002k20k200k2M--

b) Realizar un grfico simplificado sobre la funcionalidad de los bornes de conexin del instrumento. (Indicar las magnitudes que se emplean para cada borne)

Como se puede apreciar en la foto de mi multmetro en el primer borne rojo (borne positivo) conectamos el cable rojo el cual nos servir para medir la intensidad de corriente mximo hasta 10 A.En el segundo borne negro (borne negativo o comn) conectaremos el cable negro y este nos sirve para cerrar el circuito que est dentro del multmetro.En el tercer borne rojo (borne positivo) conectaremos de la misma manera el cable rojo para medir voltaje, resistencia e intensidades de corriente inferiores a 200mA.c) Medir valores de Voltaje, Intensidad y Resistencia en el circuito de la figura 1:

Fig1. Medicin de Magnitudes Elctricas

d) Medicin de voltaje: Colocar el multmetro digital en la escala correspondiente a Vdc, en un valor superior a 5V. Conectar los puntales de medicin en los bornes adecuados y medir el voltaje sobre la resistencia de acuerdo a la figura 2. Complete la tabla II.

V

Fig2. Medicin de Voltaje (Conexin Paralelo)

TABLA III. MEDICIN DE VOLTAJEVoltaje Medido

Voltmetro Digital4.81 V

e) Medicin de Corriente: Colocar el multmetro digital en la escala correspondiente a Intensidad dc, en un valor superior a 25mA. Conectar los puntales de medicin en los bornes adecuados y medir la intensidad sobre la resistencia de acuerdo a la figura 3. Complete la tabla III.

A

TABLA III. MEDICIN DE INTENSIDADIntensidad Medida

Ampermetro Digital0.02 A

Fig3. Medicin de Intensidad (Conexin Serie)

c3) Medicin de Resisten

f) Medicin de Resistencia: Desconecte la resistencia del circuito, apague la fuente de alimentacin. Mida el valor de la resistencia empleando el multmetro digital en la escala adecuada.

Resistencia Medida

hmetro Digital218

TABLA IV. MEDICIN DE RESISTENCIA

6. Anlisis de Resultados Realizar un anlisis de los resultados obtenidos: compare los valores de las mediciones obtenidas en los literales d, e y f, del numeral 5.Al realizar las mediciones con el multmetro digital obtuve el valor de:Tensin = 4.81 VIntensidad = 0.02 AResistencia = 218 Pero segn la figura 1 de medicin de magnitudes elctricas, vemos en la grfica del circuito que los valores deben ser de:Tensin = 5VResistencia = 220 Para la intensidad utilizamos la ley de ohm, dicho esto:

Y este valor de la intensidad es casi exacto al valor medido en el circuito la diferencia est en los decimales que se obtienen al aplicar la ley de ohm.7. Conclusiones Generales (en funcin de los objetivos) Al conectar el multmetro en el circuito de la figura 1 los resultados de tensin, intensidad y corriente se obtienen conectando de manera adecuada en los bornes y los resultados de la medicin se muestran en la pantalla del multmetro. En un circuito cerrado existen 3 magnitudes fsicas fundamentales y es el voltaje, intensidad de corriente y resistencia, las cuales tienen una relacin de acuerdo con la ley de ohm. Hay que tener cuidado al conectar los cables del multmetro en los bornes especficos, pueden surgir accidentes en el momento de medir las magnitudes elctricas. Existen dos tipos de instrumentos de medicin digitales y analgicos, en los cuales los digitales nos da una mejor precisin de medida de cualquier magnitud elctrica. Como pudimos apreciar en el anlisis la exactitud de medicin con el multmetro es casi exacta con los valores tericos que nos presentan en la figura 1, para la precisin del valor obtenido med cada valor de magnitud elctrica repitiendo hasta conseguir un valor con el cual pueda trabajar. Como pudimos observar la resistencia segn el cdigo de colores debera ser de 220 ohm, pero al medir con el multmetro nos arroj un resultado de 218 ohm por lo que el color dorado en la resistencia nos indica la tolerancia para llegar al valor terico.

Bibliografa: Sears-Zemansky, Fsica Universitaria con Fsica Moderna, Volumen 2, Decima Segunda edicin.Web-grafa: http://www.simbologia-electronica.com/simbologia-electrica-electronica/magnitudes-electricas.htm http://www.eet6sannicolas.edu.ar/biblioteca/alumnos/1polimodal/Instrumentos%20Medici%C3%B3n%20Electrica/TX-TIP-0001%20MP%20Instrumentos%20de%20Medici%C3%B3n%20El%C3%A9ctrica.pdf http://www.circuitoselectronicos.org/2007/11/el-multmetro-digital-tester-digital-o_10.html http://www.um.es/geograf/sigmur/temariohtml/node26_mn.html http://www.digikey.com/es/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-resistor-color-code-5-band

AnexoFuente de alimentacin de AC/DC

Construir la fuente de alimentacin mostrada en la Figura (en caso de no tener una):

Figura

Notas:1. Se deben emplear las resistencias de los valores ms aproximados a los indicados en la Figura.2. En el LM317 se debe colocar un disipador de aluminio para protegerlo.3. El selector corresponde a DIP Switch para que lo puedan montar en el protoboard.4. Precaucin: Los condesadores eletrolticos se deben conectar con la polaridad indicada en la Figura 5, ya que en caso contrario pueden explosionar5. En lugar del selector pueden emplear un potencimetro, siempre que este se lo pueda montar en un protoboard.6. La fuente la pueden armar durante el desarrollo de la prctica.7. En caso de que dispongan de una fuente de similares caractersticas, la pueden emplear en lugar de la fuente planteada en este documento.

FACULTAD DE INGENIERA/ INGENIERA EN ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES