OK.LABORATORIO Nº 2

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO

Introducción:

La importancia de los instrumentos eléctricos de medición es incalculable, ya que mediante el uso de ellos se 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. Además que permiten localizar las causas de una operación defectuosa en aparatos eléctricos en los cuales, como es bien sabido, no es posible apreciar su funcionamiento en una forma visual, como en el caso de un aparato mecánico.

Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmente diseñados según la naturaleza de la corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parámetros de voltaje, tensión e intensidad. Dichos instrumentos nos ayudan a mantener a circuitos y equipos en un óptimo funcionamiento basándonos en ecuaciones y comparaciones en lo que respecta al flujo de electricidad.

Para el estudio de estos instrumentos y su aplicación se utilizaran y construirán circuitos eléctricos en serie y paralelo, importantes para la experimentación y la elaboración de trabajos eléctricos.

objetivo

-proporcionar al alumno pautas generales del modo de conectar un instrumento de medición de parámetros eléctricos (voltaje, corriente, resistencia) en un circuito eléctrico

-lograr que el alumno distinga lo que es un voltímetro, amperímetro, ohmímetro (multimetro) para usarlos en los posteriores experimentos.

-observar el funcionamiento y la diferencia de un circuito en serie y un circuito paralelo

equipo

-un panel kit:

Componente que es usado para hacer diferentes ensayos, en su interior encontramos conexiones entre si, para luego realizar conexiones en su exterior, este componente se encuentra dividido en pequeños cuadros en su interior, cada cuadro está conectado entre sí, pero está separado de otros cuadros.

-una fuente de corriente continua:

Se denomina "generador ideal de corriente" aquel elemento de circuito que da una corriente constante, cualquiera que sea la tensión que suministre.

-un stock de resistencias:

Una resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones.

-un voltímetro D.C:

Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

-un amperímetro D.C:

Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir (la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.

-un ohmímetro D.C:

El aparato destinado a medir la resistencia de un conductor o de otro elemento, como una resistencia, al paso de la corriente se denomina ohmímetro (se mide en ohmios).

-cables de conexión:

Un cable de conexión es un cable con dos conectores macho, se usa para realizar conexiones, o hacer pruebas de un circuirto en el panel kit.

-conectores rígidos y flexibles:

Los conectores rígidos son aquellos componentes donde sus bornes machos no están unidos por medio de un cable, estos se encuentran unidos en el interior de una pequeña caja, para así realizar las conexiones; los conectores flexibles son similares a los conectores rígidos solo que estos están unidos por un cable largo, donde se pueden realizar conexiones a distancia.

fundamento teórico

4. PROCEDIMIENTO

Parte a:

4.1. Armar el circuito de la figura 1.a

4.2. Utilizar el voltímetro para fijar el voltaje de la fuente en 10 voltios

4.3. Medir el voltaje en cada resistencia y sumarlas

4.4. Medir la corriente que circula en el circuito de acuerdo a la figura 1.b

4.5. Colocar el amperímetro antes de R1 y mida la corriente.

Parte b

4.6. Armar el circuito de la figura 2

4.7. Utilizar el voltímetro para fijar el voltaje de la fuente en 6 voltios

4.8. Medir el voltaje en R3

4.9. Medir la corriente i colocando el amperímetro inmediatamente después del polo positivo de la fuente

4.10. Medir la corriente i1. I2, i3 que pasan por las resistencias R1, R2, R3 respectivamente y sumarlas

4.11. Medir los voltajes y las corrientes en los circuitos que se indique

5. RESULTADOS

6. EXPLICACION DE RESULTADOS

-La resistencia total en un circuito en serie (Rt=1320 Ω), es la suma de todas las resistencias existentes (1000Ω, 220Ω, 100Ω); esto es debido a que las resistencias se encuentras seguidos continuamente.

Esto lo probamos en la ley de ohm:

R1=V1/I1=7.60v/0.0075A=1013.3 Ω

R2=V2/I2=1.66v/0.0075 A=221.33 Ω

R3=V3/I3=0.75v/0.0075 A=100 Ω

Rt=Vt/It=10.01v/0.0075A =1334.66 Ω

-La tensión total del mismo circuito (Vt=10.01v), es la suma de todos las tensiones (7.60v, 1.66v, 0.75); esto es debido a que la tensión sufre una baja por cada resistencia que recorre.

Esto también lo probamos en la ley de ohm:

V1=I1*R1=0.0075 A*1000 Ω =7.5v

V2=I2*R2=0.0075 A*220 Ω =1.65v

V3=I3*R3=0.0075 A*100 Ω =0.75v

Vt=It*Rt=0.0075 A*1320 Ω =9.9v

-La corriente total es de (7.5mA o 0.0075 A), el mismo valor de la corriente es para todos los resistores del circuito. Es la misma cantidad de electrones que circula en un circuito en serie:

Esto se puede comprobar mediante la ley de ohm:

I1=V1/R1=7.60v/1000 Ω =0.0076 A

I2=V2/R2=1.66v/220 Ω =0.0075 A

I3=V3/R3=0.75v/100 Ω =0.0075 A

It=Vt/Rt=10.01v/1320 Ω =0.0075 A

-La resistencia total en el circuito paralelo es (64.327 Ω), como se ve, es menos que la (Rt=1320 Ω) en el circuito en serie, esto es porque los resistores en serie están continuamente unos seguido del otro, en cambio los paralelos están distribuidos como resistores independiente.

Demostración en la ley de ohm:

R1=V1/I1=6v/0.0059 A=1016 Ω

R2=V2/I2=6v/0.0270 A=222 Ω

R3=V3/I3=6v/0.0585 A=102.5 Ω

Rt=Vt/It=6v/0.0914 A=65.645 Ω

-El voltaje total de dicho circuito es 6v lo mismo para (V1, V2, V3), esto es porque el voltaje de la fuente pasa directamente a cada resistor, por lo tanto el voltaje de fuente se mantiene.

Demostración en la ley de ohm:

V1= I1*R1=0.0059 A*1000 Ω =5.9v

V2= I2*R2=0.027 A*220 Ω =5.94v

V3= I3*R3=0.0585 A*100 Ω =5.85v

Vt=It*Rt=0.0914*64.327 Ω =5.87v

-La intensidad total del circuito paralelo es (91.4 A), es la suma de las intensidades en el circuito (5.9 A, 27.0 A, 58.5 A); la cantidad de electrones que pasa en el circuito paralelo es diferente para cada resistor.

Se demuestra en la ley de ohm:

I1= V1/R1=6v/1000 Ω =0.006A

I2= V2/R2=6v/220 Ω =0.0272A

I3=V3/R3=6v/100 Ω =0.0060A

It=Vt/Rt=6v/64.327 Ω =0.0932A

7. PREGUNTAS

7.1. Explique el funcionamiento de un amperímetro

Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su unidad de medida es el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-amperio. Los usos dependen del tipo de corriente, ósea, que cuando midamos Corriente Continua, se usara el amperímetro de bobina móvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagnético.

El Amperímetro de C.C. puede medir C.A. rectificando previamente la corriente, esta función se puede destacar en un Multimetro. Si hablamos en términos básicos, el Amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia paralela llamada Shunt. Los amperímetros tienen resistencias por debajo de 1 Ohmio, debido a que no se disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito energizado.

La resistencia Shunt amplia la escala de medición. Esta es conectada en paralelo al amperímetro y ahorra el esfuerzo de tener otros amperímetros de menor rango de medición a los que se van a medir realmente.

Uso del Amperímetro

- Es necesario conectarlo en serie con el circuito

- Se debe tener un aproximado de corriente a medir ya que si es mayor de la escala del amperímetro, lo puede dañar. Por lo tanto, la corriente debe ser menor de la escala del amperímetro

- Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar: horizontal, vertical o inclinada. Si no se siguen estas reglas, las medidas no serían del todo confiable y se puede dañar el eje que soporta la aguja.

- Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero.

- Las lecturas tienden a ser más exactas cuando las medidas que se toman están intermedias a al escala del instrumento.

- Nunca se debe conectar un amperímetro con un circuito que este energizado.

Utilidad del Amperímetro

Su principal, conocer la cantidad de corriente que circula por un conductor en todo momento, y ayuda al buen funcionamiento de los equipos, detectando alzas y bajas repentinas durante el funcionamiento. Además, muchos Laboratorios lo usan al reparar y averiguar subidas de corriente para evitar el malfuncionamiento de un equipo

Se usa además con un Voltímetro para obtener los valores de resistencias aplicando la Ley de Ohm. A esta técnica se le denomina el “Método del Voltímetro - Amperímetro”

7.2. Explique el funcionamiento de un voltímetro

Es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el Voltio (V) con sus múltiplos: el Mega voltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.-múltiplos como el mili voltio (mV) y el micro voltio. Existen Voltímetros que miden tensiones continuas llamados voltímetros de bobina móvil y de tensiones alternas, los electromagnéticos.

Sus características son también parecidas a las del galvanómetro, pero con una resistencia en serie. Dicha resistencia debe tener un valor elevado para limitar la corriente hacia el voltímetro cuando circule la intensidad a través de ella y además porque el valor de la misma es equivalente a la conexión paralela aproximadamente igual a la resistencia interna; y por esto la diferencia del potencial que se mide (I2 x R) no varía.

Ampliación de la escala del Voltímetro

El procedimiento de variar la escala de medición de dicho instrumento es colocándole o cambiándole el valor de la resistencia Rm por otro de mayor Ohmeaje, en este caso.

Uso del Voltímetro

- Es necesario conectarlo en paralelo con el circuito, tomando en cuenta la polaridad si es C.C.

- Se debe tener un aproximado de tensión a medir con el fin de usar el voltímetro apropiado

- Cada instrumento tiene marcado la posición en que se debe utilizar: horizontal, vertical o inclinada.

- Todo instrumento debe ser inicialmente ajustado en cero.

Utilidad del Voltímetro

Conocer en todo momento la tensión de una fuente o de una parte de un circuito. Cuando se encuentran empotrados en el Laboratorio, se utilizan para detectar alzas y bajas de tensión. Junto el Amperímetro, se usa con el Método ya nombrado

7.3. Explique el funcionamiento de un galvanómetro

Un galvanómetro es un aparato que se emplea para indicar el paso de pequeñas corrientes eléctricas por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Como veremos su funcionamiento se basa en fenómenos magnéticos. El galvanómetro consta de una aguja indicadora, unida mediante un resorte espiral, al eje de rotación de una bobina rectangular plana, que está suspendida entre los polos opuestos de un imán permanente.  

En el interior de la bobina se coloca un núcleo de hierro dulce, con el fin de concentrar en ella las líneas de inducción magnética.

Al estar la bobina sumergida en el interior de un campo magnético uniforme, creado por el imán fijo, cuando circula corriente por ella, se produce un par de fuerzas sobre la bobina que hace que rote, arrastrando consigo a la aguja unida a su eje.  La aguja se mueve e indica en una escala, la intensidad de corriente que atraviesa la bobina. El resorte espiral permite que la aguja vuelva a su posición original, una

vez que se interrumpe el paso de la corriente.

Veamos cómo se produce el par de fuerzas.

Podemos dividir cada espira rectangular de la bobina en cuatro partes, de forma que de acuerdo con la ley de Biot y Savart, la acción del campo magnético uniforme sobre

la espira será:  Luego la fuerza neta sobre la espira es cero.  Observa que la fuerza sobre los elementos 2 y 4 de la espira es cero, puesto que el elemento de corriente tiene la misma dirección que el campo magnético.

La fuerza sobre el elemento 1 de la espira es igual y de signo contrario a la fuerza sobre el elemento 3, por eso la fuerza neta sobre la espira es cero. 

    

¿Habrá entonces momento neto sobre cada espira?

  

Para cualquier posición de la espira:

  El momento neto sobre toda la bobina será:  

 Cómo puedes comprobar el momento total sobre la bobina es proporcional a la intensidad que atraviesa la espira. 

7.4. Averiguar la simbología de elementos a utilizar

8. CONCLUSIONES

-como se ve en la tabla de resultados, en el circuito en serie la tensión es directamente proporcional a la resistencia, mientras mayor sea la resistencia mayor es la caída de tensión.

-la cantidad de electrones que circula en el circuito en serie es de 7.5mA, la misma cantidad de electrones circulara para cada resistencia en serie, esto fue comprobado en la “ley de ohm”.

-en el circuito en paralelo existe una estrecha relación entre la corriente y la resistencia; la corriente dependerá de la resistencia; mientras mayor sea la resistencia, menor será la corriente o mientras menor sea la resistencia, mayor será la corriente.

-la tensión hallada en el circuito en paralelo es constante en todo el circuito.

9. BIBLIOGRAFIA

-H. HUBSCHER, W. PFLUGER; electrotecnia; editorial reverte

- http://www.mitecnologico.com/Main/InstrumentosElectricosMedicion; 3, junio del 2011

-http://gluones.wordpress.com/2009/03/29/que-es-y-como-funciona-un-galvanometro/; 31, mayo del 2011