Departamento de Física Aplicada III

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Departamento de Física Aplicada III"

Aarón Salazar Roldán
hace 7 años
Vistas:

Departamento de Física Aplicada III Escuela Superior de Ingenieros Camino de los Descubrimientos s/n 410

1 Departamento de Física Aplicada III Escuela Superior de Ingenieros Camino de los Descubrimientos s/n Sevilla Práctica 5. Construcción de un voltímetro y un óhmetro 5.1. Objeto de la práctica El objeto de la práctica es construir un voltímetro (instrumento que mide diferencias de potencial) y un óhmetro (instrumento que mide resistencias), a partir de un instrumento básico que es un amperímetro. Figura 5.1: Dispositivo experimental Fundamento teórico El amperímetro es un instrumento básico que mide la intensidad de la corriente eléctrica que pasa a través de él. Todos los amperímetros tienen una resistencia interna muy baja, que en el caso de un amperímetro ideal sería cero. (Cuestión: Por qué debe ser baja?) El amperímetro que vamos a utilizar en esta práctica es analógico y tiene una escala lineal, lo que quiere decir que el ángulo girado por la aguja (φ) es proporcional a la intensidad que circula entre sus terminales. φ = KI (5.1)

2 5-2 A R Figura 5.2: Composición interna de un voltímetro Voltímetro Los voltímetros miden la caída de potencial entre dos puntos de un circuito. Se instalan en paralelo con el elemento del circuito cuya diferencia de potencial en bornes se quiere medir, por lo que es necesario construirlos con una resistencia interna muy elevada. (Cuestión: Por qué debe ser alta?) Se puede construir un voltímetro a partir de un amperímetro sin mas que colocar en serie una resistencia elevada (resistencia de choque). Aplicando la ley de Ohm se tiene V = IR (5.2) siendo: V = diferencia de potencial entre los extremos del voltímetro. I = intensidad que circula por el amperímetro. R = resistencia de choque. y sustituyendo en la fórmula (5.1) tendremos: φ = K R V (5.3) De esta última ecuación se deduce que el ángulo girado por la aguja del amperímetro será proporcional a la diferencia de potencial existente entre los terminales del voltímetro. Por lo tanto, el voltímetro está compuesto conjuntamente por la resistencia de choque, R y el amperímetro conectados en serie, siendo su esquema el siguiente: Hay que tener en cuenta que en las expresiones anteriores se ha despreciado la resistencia interna del amperímetro por ser muy pequeña en comparación con la resistencia R de choque utilizada Óhmetro Los óhmetros miden resistencias y se construyen también, al igual que el voltímetro, a partir del instrumento básico que es el amperímetro. El esquema básico de un óhmetro es el siguiente: siendo: E = fuente de tensión de corriente continua (puede ser sustituida por una pila). R = resistencia de choque.

3 5.2 Fundamento teórico 5-3 Figura 5.3: Esquema de un óhmetro A = amperímetro. R x = resistencia incógnita. En este circuito se puede comprobar que cuando R x, es decir, cuando el circuito esta abierto, la intensidad que marca el amperímetro es cero, por lo que el ángulo girado por la aguja también es cero. Por el contrario, cuando entre los puntos a y a (terminales del óhmetro) se intercale una resistencia nula R x = 0 la intensidad que circulará por el amperímetro será máxima. Por lo anterior se deduce que la escala se encuentra invertida, así para R x = 0 se tiene la máxima desviación de la aguja, y para R x la desviación es nula. Aplicando la ley de Ohm para el supuesto de R x = 0 tendremos: V = E = I max R (5.4) Aquí R = R choque + R fuente + R amperimetro. En el caso general en que R x 0, aplicando la Ley de Ohm, sin modificar el valor de V aplicado para obtener I max, tendremos que: de donde se deduce V = I(R + R x ) (5.5) ( ) Imax R x = R 1 = E I I R (5.6) De la relación 5.6 resulta que para medir una cierta resistencia R x interesa que la resistencia interna R sea de un valor cercano a la resistencia problema. Por ello, si se pretenden medir resistencias muy dispares, conviene construir escalas diferentes. Esto se consigue empleando diferentes resistencias internas y conmutando entre ellas. La relación entre la corriente y el ángulo permite conocer la resistencia, conocido el ángulo girado por la aguja. R x = K I maxr R (5.7) φ comprobándose que la escala del óhmetro no es lineal.

4 Descripción de los aparatos Figura 5.4: Montaje para la construcción del voltímetro Para la realización de la práctica son necesarios los siguientes elementos: Fuente de tensión de corriente continua regulable. Voltímetro patrón (incorporado a la fuente). Amperímetro (aparato base de la práctica). Caja metálica que contiene dos resistencias de choque. Caja de resistencias (décadas) necesaria para calibrar el óhmetro Realización de la práctica Construcción de un voltímetro 1. Monta el circuito de la figura 5.4. Escoge como resistencia de choque una resistencia de 10 kω. La escala utilizada del amperímetro será de 0 a 1000 µa. 2. Varía progresivamente el valor de la fuente de tensión tomando medidas con intervalos de 1 V en el voltímetro patrón hasta llegar a 10 V, anotando la lectura correspondiente en el amperímetro y construyendo una tabla V patron frente a I. 3. Con la ayuda de esta tabla dibuja una carátula para un amperímetro que quisiéramos convertir en voltímetro. Para ello, traza dos escalas lineales paralelas (sobre papel milimetrado). En una de ellas indica las intensidades más importantes desde 0 a 1000 µa (de 100 en 100 µa). En la otra, paralela a la primera, indica los voltajes de 0 a 10 V, cuidando de que cada uno aparezca en el lugar correcto respecto a la otra escala. 4. Gráficas Carátula para un voltímetro (construida sobre papel milimetrado) Construcción de un óhmetro Construiremos dos escalas para el óhmetro, empleando sendas resistencias internas.

5 5.4 Realización de la práctica 5-5 Calibración del aparato Se operará del siguiente modo: 1. Monta el circuito de la figura 5.3 empleando la resistencia de choque de 500 Ω. y situando el amperímetro en la escala de 3000 µa. 2. Conecta la fuente de tensión y ponla a cero con el circuito abierto. 3. Ajusta el 0 del óhmetro uniendo los terminales a y a (resistencia cero) y aumentando la tensión de la fuente hasta conseguir el máximo de intensidad en el amperímetro. Ten cuidado de no sobrepasar este límite. 4. Calibra el óhmetro conectando en los terminales a y a la caja de décadas (resistencia variable), variando dicha resistencia de 100 en 100 Ω desde 0 hasta 1 kω y de 250 en 250 Ω desde ahí hasta 2 kω. 5. Con la ayuda de esta tabla dibuja una nueva carátula para un amperímetro que quisiéramos convertir en óhmetro, de forma análoga a la sección anterior. Para ello, traza dos escalas lineales paralelas (sobre papel milimetrado). En una de ellas indica las intensidades más importantes desde 0 a 3000 µa. En la otra, paralela a la primera, indica las resistencias de 0 a 2 kω, cuidando de que cada uno aparezca en el lugar correcto respecto a la otra escala. Caso de que las rayas del óhmetro aparezcan muy próximas puede omitirse alguna de ellas. 6. Repite el proceso de calibración con la resistencia interna de 10 kω y variando la resistencia externa de 2 en 2 kω desde 0 hasta 10 kω y de 5 kω en 5 kω desde ahí hasta 40 kω. En este caso hay que cambiar la escala del amperímetro a 1000 µa. 7. Construye una nueva escala para el óhmetro, en el mismo papel que la escala trazada con R = 500 Ω. 8. Gráficas Carátulas para el óhmetro, sobre papel milimetrado (las dos situadas en la misma hoja). Calibración mediante una regresión lineal De acuerdo con la ecuación (5.6), la intensidad medida al conectar una resistencia patrón puede escribirse como 1 I = R E + 1 E R x = a + br x esto es, existe una dependencia lineal entre la inversa de la intensidad y la resistencia puesta. A partir de las dos series de datos medidas anteriormente, halla las rectas de mejor ajuste de 1/I frente a R x y, a partir de ésta, los valores reales de E y R para las dos escalas. Gráficas Rectas 1/I = a + br x (en gráficas separadas).

6 Medida de una resistencia problema Una vez conocidas las rectas de mejor ajuste, ya puede emplearse el óhmetro para medir nuevas resistencias. 1. Retira la caja de décadas. 2. Emplea como resistencia de choque la resistencia de 500 Ω. 3. Colocando un cortocircuito entre los bornes a y a, ajusta la tensión del generador para que la intensidad sea de 3000 µa. 4. En lugar del cortocircuito, coloca la resistencia problema suministrada. Mide la intensidad que pasa por el amperímetro. 5. La resistencia problema puede obtenerse de la ecuación Empleando esta ley, determina R x con su error. R x = E I R 6. Repite el proceso empleando como resistencia interna la de R = 10 kω. Recuerda que en este caso hay que colocar el galvanómetro en la escala de 1000 µa.

Documentos relacionados

MINISTERIOS DE EDUCACIÓN SUPERIOR LA VICTORIA ESTADO ARAGUA

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIOS DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO EXPERIMENTAL DE TECNOLOÍA DE LA VICTORIA LA VICTORIA ESTADO ARAUA DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD LABORATORIO DE