GUIÓN 1. MEDIDAS DIRECTAS. ESTIMACIÓN DE INCERTIDUMBRES.

Transcripción

1 GUIÓN 1. MEDIDAS DIRECTAS. ESTIMACIÓN DE INCERTIDUMBRES. Objetivos En esta práctica se introducen conceptos básicos necesarios para el tratamiento y análisis de medidas de magnitudes físicas con especial atención a la estimación del error (incertidumbre) en medidas directas, tanto aisladas como repetidas. Materiales 1 polímetro digital. 4 resistencias. 1 reostato. Cables de conexión y conectores varios. Introducción Los conceptos básicos relacionados con las magnitudes físicas, la medida, la teoría de errores y el tratamiento de datos experimentales están detallados en el guión 0 (ver referencia R1). En este práctica es necesario conocer los contenidos del guión 0 de las páginas Actividad 1. Medidas directas aisladas con instrumentos simples. El polímetro es un instrumento para la realización de medidas eléctricas que combina un amperímetro para medir corrientes, un voltímetro para medir diferencias de potencial (tensiones) y un óhmetro para medir resistencias. Para todas estas funciones se dispone de varios alcances que se seleccionan mediante un conmutador. En esta sesión emplearemos la función óhmetro para obtener medidas de resistencia y su incertidumbre absoluta y relativa. Guión 1: Medidas directas. Estimación de incertidumbres - 1

2 Toma de datos. 1. Caracterización de las resistencias. 1.1 Anote el código de colores de cada resistencia en la tabla 1.1 (at1.1). 1.2 Seleccione la función óhmetro del polímetro colocando el conmutador circular en la posición Ω. Mida una resistencia empleando todos los alcances posibles y anote los resultados en la tabla 1.2 (at1.2). Cuando la lectura en un alcance no sea válida, refléjelo así en la tabla. Repita la operación con todas las resistencias. 1.3 Realice un esquema de las conexiones tal y como las ha realizado en el laboratorio (Esquema 1.3). Tratamiento de datos. 2. Comparación de los valores nominales y las medidas. 2.1 Complete la tabla 1.1. con el valor nominal y la tolerancia relativa de cada resistencia, en base al código de colores. Especifique también el intervalo de tolerancia en valor absoluto. 2.2 Complete la tabla 1.2 con las incertidumbres absolutas de todas las medidas realizadas. Utilice la tabla de especificaciones del polímetro (anexo 1) para encontrar el valor de la resolución (dgt) y la expresión de la precisión correspondiente a cada alcance (la incertidumbre evaluada de esta forma en base a la resolución y la precisión del instrumento de medida las denominamos incertidumbre sistemática). 2.3 Escriba correctamente los resultados de las medidas de las resistencias mediante el redondeo adecuado de la incertidumbre y del valor de la medida, de forma que no se escriban cifras que no sean significativas (at1.2) Compare los valores medidos en los diferentes alcances. Qué alcance ofrece la menor incertidumbre? 2.5. Traslade a la tabla 2.1 los valores nominales y la medida con menor incertidumbre de las obtenidas en la tabla 1.2 para cada resistencia. Compare los valores nominales con los valores medidos son coincidentes? Guión 1: Medidas directas. Estimación de incertidumbres - 2

3 Actividad 2. Medidas directas repetidas. Estimación del error aleatorio. Toma de datos. 3. Caracterización de la resistencia del reostato. 3.1 Conecte el polímetro de forma que pueda medir la resistencia del reostato entre el terminal de color rojo y uno de los terminales de color negro. Realizar un esquema de las conexiones tal y como se ha realizado en el laboratorio (esquema 3.1) Sitúe el cursor del reostato aproximadamente en el centro. Obtenga la lectura en el polímetro y anótela en la tabla 3.1 (seleccione el alcance más adecuado). Lleve el cursor del reostato hasta uno de los bordes. 3.3 Repita el apartado 3.2 hasta obtener 8 valores de la resistencia del reostato Anote (at3.1) los valores de resolución (dgt) y la expresión de la precisión correspondiente al alcance empleado en las medidas de los apartados 3.2 y 3.3. Tratamiento de datos. 4. Caracterización estadísticas de la muestra de valores de resistencia del reostato Calcule la incertidumbre sistemática (ver apartado 2.2) de cada medida completando la tabla Calcule la media aritmética, la desviación típica de la muestra y la desviación típica de la media completando la tabla Escoja al azar uno de los datos de la tabla 3.1 y evalúe su incertidumbre total considerando la componente sistemática y aleatoria de la incertidumbre (at3.3). Compare los valores de la incertidumbre sistemática y aleatoria. 4.4 Evalúe la incertidumbre sistemática de la media (at3.3.) en base a las incertidumbres sistemáticas de cada medida de la tabla 3.1. Evalúe la incertidumbre aleatoria de la media (at3.3) en base a los resultados del análisis estadístico en la tabla 3.2. Calcule la incertidumbre total de la media aritmética (at3.3). Compare los valores de la incertidumbre sistemática y aleatoria. Guión 1: Medidas directas. Estimación de incertidumbres - 3

4 Discusión y análisis 5. Discusión de los resultados. 5.1 Resumir los resultados más importantes y realizar una breve discusión considerando los aspectos siguientes: - Qué parámetro caracteriza la incertidumbre aleatoria de una medida directa aislada? - Qué parámetro caracteriza la incertidumbre aleatoria de la media de N medidas directas? - Qué parámetro caracteriza la incertidumbre sistemática de la media de N medidas directas? - Se puede estimar el error aleatorio en base a una sola medida directa? Referencias R1 Material en fotocopiadora: Magnitudes físicas y medidas. Teoría de errores. Guión 1: Medidas directas. Estimación de incertidumbres - 4

5 Anexo 1: Detalles del manual del polímetro digital Guión 1: Medidas directas. Estimación de incertidumbres - 5