Universidad Santiago de Chile Facultad de QuímicaY BiologíaFísica I

Física 2

INSTRUMENTOS ELÉCTRICOS.Mauricio Aguilar.

Sebastián Campos.

Diego San Martín.

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Resumen.Durante el práctico realizado se apreciaron distintas conductas de instrumentos y fenómenos para la corriente eléctrica. En este informe se plantea y comprueba de forma directa el comportamiento de la corriente eléctrica mediante la asociación de los fenómenos visualizados, con los conceptos que se manejan para el comportamiento de una corriente eléctrica, a su vez se entrega instrucción acerca de los instrumentos eléctricos, de su uso y su funcionamiento.

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Objetivos.

-Conocer los instrumentos eléctricos básicos de medida y su aplicación en un circuito simple.

- Conocer las magnitudes físicas fundamentales que intervienen en un circuito eléctrico simple.

Introducción.

Los instrumentos comúnmente utilizados para medir cantidades eléctricas, se conocen como: Voltímetros, Amperímetros, Óhmetros y Osciloscopios. El polímetro, es un instrumento que reúne en uno solo a los tres primeros. En general, los instrumentos se diseñan para medir cantidades eléctricas en un amplio rango de valores. Para ampliar el rango de medidas de las unidades básicas, se emplean resistencias o amplificadores electrónicos. Estos elementos son diseñados para limitar la corriente que circula por la unidad básica, derivando parte interna, y con ello afecta la sensibilidad del instrumento.

Ya que en un circuito particular la diferencia de potencial en las terminales de la batería es constante, la corriente en el circuito es constante en magnitud y dirección y recibe el nombre de corriente directa. Cuando existe una diferencia de potencial entre dos puntos, la fuente mueve las cargas “hacia arriba”, del potencial más reducido al más elevado.

En forma general se considera que la conexión de alambres en un circuito no tiene resistencia.

Tester (polímetro) es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras.

Para que el polímetro mida amperes es preciso conectar una resistencia en serie con el instrumento de medida (vínculo). El valor de resistencia depende del valor en amperios que se quiera alcanzar. En el polímetro aparecerán tantas resistencias conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. Por ejemplo, si se desean escalas de 10 miliamperios, 100 miliamperios y 1 amperio y de acuerdo con las características internas el instrumento de medida (vínculo), aparecerán tres resistencias conmutables.

Para que el polímetro mida volts es preciso conectar una resistencia en paralelo con el instrumento de medida. El valor de la resistencia depende del valor en voltios que se quiera alcanzar. En el polímetro aparecerán tantas resistencias conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. Caso análogo a los amperes.

Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica. El diseño de un ohmímetro se compone de una pequeña batería para

aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego, mediante un galvanómetro, medir la corriente que circula a través de la resistencia. La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicación de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batería fija, la intensidad circulante a través del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.

Materiales.

Resistencia Variable aiop parís x1000 ohm. ±0.035Ω

Tester Protek 506 ±0.5%Rdg+2d

Fuente de poder DC Power Supply Hy3005

Conectores.

Procedimiento experimental.

Como primera experiencia procedimos a medir la resistencia [Ω] de nuestro propio cuerpo, esto corresponde a la oposición que ofrece nuestro cuerpo al paso de una corriente, para esto se fijan cables en paralelo midiendo la resistencia que hay entre un punto y el otro, esto mediante el modo óhmetro en el tester. Para esta medición no es necesaria una fuente ya que el tester posee una batería intena.

Mauricio: 148 - 154 [KΩ] (148000Ω - 154000Ω)

Sebastián: 0.530 - 0.548 [MΩ] (530000Ω - 548000Ω)

Posteriormente se procedió a medir la resistencia equivalente (Req) de dos resistencias variables colocadas en serie como se aprecia en la siguiente imagen

Comprobando de esta forma que para un circuito en serie la resistencia equivalente (Req) es igual a la sumatoria de las resistencias individuales colocadas en el circuito.

Req=R1+R2 (Circuito en serie)

Req=( 1R1 )+( 1R2 ) (Circuito en paralelo)

Parte de la experiencia consistió en la medición individual del voltaje [V] y el amperaje [A] para lo cual se armaron dos circuitos individuales.

- Voltaje [V]

Se armó un circuito conectado a una fuente, una resistencia variable y para fines de medición un tester.

Para la medición del voltaje se debe seleccionar en primer lugar el modo voltímetro en el tester colocándolo en su más alta escala, esto para asegurarnos de que un voltaje muy alto queme el tester, una vez conectado buscamos la escala correcta

R1 R2

para que el tester nos arroje el potencial eléctrico que se encuentra entre ambos puntos del paralelo, en este caso el voltaje entregado por la fuente es casi igual al entregado por el tester, comprobando que el voltaje no se ve alterado por la resistencias pues es independiente al camino que recorra la carga.

- Amperaje [A]

Se armó un circuito conectado a una fuente, dos resistencias variables y para fines de medición un tester.

Para la medición del amperaje se debe seleccionar el modo amperímetro en el tester colocándolo en su más alta escala, de este modo cercioramos que un amperaje muy alto no queme el tester, ya conectado buscamos la escala correcta para que el tester nos arroje la corriente eléctrica que recorre los distintos puntos de la serie, el amperaje debiese ser distinto en los diversos puntos, esto ya que intensidad de la corriente eléctrica disminuye al enfrentarse a una resistencia puesto que dificulta el paso de los electrones a través del circuito.

Los distintos casos vistos se relacionan a través de La ley de Ohm, esta dicta que:

V=R∗I

Es decir, el voltaje del circuito corresponde a la intensidad (amperaje) del mismo por la resistencia en ohmios que se opone a su flujo.

Resultados.

Medición de la resistencia interna de nuestro cuerpo con un tester.

Mauricio: 151 K Ω±0.78K Ω

±0.52%

Sebastián: 539 ±2.72 K Ω

±0.50%

Medición de corriente continúa con Tester y Fuente de Poder.

Fuente de poder.[Volts]

Tester.[Volts]

16,4 16,39 ±0.1±0.61%

20,1 20,13±0.12±0.6%

04,7 04,68 ±0.04±0.85%

Utilizando una batería y una resistencia variable (se le conoce con el nombre de reóstato), mida la diferencia de potencial para distintos Posiciones del cursor C.

Calculando los errores análogamente al caso anterior se obtiene:

Posiciones del cursor

Resistencia

0 0,002 [Ω] 1 1,002 ±0.025[K Ω]2 2,004±0.030 [K Ω]3 3,008 ±0.035[K Ω]4 4,000 ±0.040[K Ω]5 5,000 ±0.045[K Ω]6 6,000±0.050 [K Ω]7 7,000 ±0.055 [K Ω]

Discusión.

Logramos captar una gran diferencia en la resistencia interna de cada persona esto es normal aunque también cumple un rol importante la forma en la que se toman los conectores del tester, ya que si alguna de las 2 personas que midieron su resistencia interna los tomó de una manera más suave el tester pudo no medir bien la resistencia. Si este fuera el caso quien no tomo de buena manera los conectores sería Mauricio ya que él fue quien marco una resistencia más baja.

Como se puede observar en el error relativo del tester al medir los volts hay una gran diferencia entre el último valor medido y los 2 primeros. Llegamos a la conclusión que es natural ya que al ser un valor tan bajo y siendo el rango del tester en este tipo de medición de los 1000 volts mientras más grande el voltaje medio el error relativo será menor.

Conclusión.

Logramos conocer y entender los materiales utilizados para medir tanto voltaje, amperes y resistencias.

También logramos aprender cómo trabajar con estos y lo cuidadoso que hay que ser al manipularlos ya que una simple conexión mal hecha puede quemar estos instrumentos.

Al medir voltajes entendimos la importancia de utilizar una resistencia

entre fuente y tester, ya que al no hacerlo este pasa directamente hasta el tester el cual no necesariamente tiene que aguantar todo este voltaje.

Entendimos las importancias y el funcionamiento de las resistencias, tanto en los circuitos como en la medición de voltaje y amperaje.

Referencias.http://www.bolanosdj.com.ar/TEORIA/MULTIMET1.PDF (calculo de errores)

http://www.nowgroup.cl/index.php?route=product/product&product_id=440 (sensibilidad y rango del tester utilizado)

Serway tomo 2, circuitos y corriente continua.

Apéndice:

Calculo de errores en las mediciones:

Medición de resistencia interna.

Mauricio: 0.5% de 151= 0.76 + 0.02 (2d)

0.78 K Ω

Error relativo 0.78151

∙100%=0.52%

Sebastián: 0.5% de 539= 2.7 + 0.02

2.72 K Ω

Error relativo 2.72539

∙100%=0.5%

Medición de voltaje:

1.- El 0.5% de 16,39 = 0.082 + 0.02 (2d)

16,39 +- 0.102 V

2.- El 0.5% de 20,13 = 0.1 + 0.02

20.13 +- 0.12 V

3.- El 0.5% de 4,68 = 0.02 + 0.02

4.68 +- 0.04 V

Y el error relativo:

1.- 0.116,39

∙100%=0.61%

2.- 0.1220,13

∙100%=0.6%

3.-0.044.68

∙100%=0.85%