1 Puente de Wheatstone. Uso del polímetro como voltímetro y como amperímetro.

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1 PRÁCTICA 2 NOMBRE: NOMBRE: NOMBRE: GRUPO: FECHA: 1 Puente de Wheatstone. Uso del polímetro como voltímetro y como amperímetro. 1.1 Objetivos Se pretende comprobar la ley de equilibrio de un puente de Wheatstone. Con el puente equilibrado se van a comprobar las leyes de Kirchoff, usando para ello un poĺımetro trabajando como voltímetro y como amperímetro en régimen de corriente continua y en régimen de corriente alterna. 1.2 Fundamento El circuito de la figura 2.1 constituye un puente de Wheatstone. Aplicando las leyes de Kirchoff se puede demostrar que la ddp entre los puntos b y c, V bc, es cero cuando R 1 R 2 = R 3 R x Si se cumple esta relación, se dice que el puente está en equilibrio. Se puede demostrar que la intensidad I 1 que circula por la rama abd viene dada por: I 1 = R 1 + R 2 y que la intensidad I 3 por la rama acd viene dada por: I 3 = R 3 + R x La primera ley de Kirchoff aplicada al nudo a implica además que la corriente que suministra el generador I es la suma de las corrientes en cada rama: I = I 1 + I 3. Por otro lado, se puede demostrar también que las tensiones en los resistores se pueden obtener en términos de la tensión de entrada como se indica a continuación: V ab = V bd = V ac = V cd = R 1 R 1 + R 2 R 2 R 1 + R 2 R 3 R 3 + R x R x R 3 + R x 7

2 P1 verificándose que = V ab + V bd y = V ac + V cd, tal y como indica la segunda ley de Kirchoff. Demuestre las siete expresiones matemáticas anteriores: 8

3 1.3 Instrumental Se necesita el siguiente material: Osciloscopio y dos sondas. Generador de funciones. Regleta de conexiones. Resistores. Potenciómetro. Poĺımetro. 1.4 Procedimiento Equilibrado del puente P2 Elija dos resistores de resistencia nominal 1 kω y un resistor de resistencia nominal 3.3 kω, y mida el valor real de las resistencias escogidas utilizando el poĺımetro en función de ohmiómetro. Consigne los datos en la siguiente tabla: Valor nominal 1 kω 1 kω 3.3 kω Valor medido A continuación, monte el circuito de la figura 2.1 utilizando R 1 = 3.3 kω, R 2 = 1 kω y R 3 = 1 kω. Para la resistencia R x, haga uso del potenciómetro. De las tres conexiones del potenciómetro, las dos que están en los extremos tienen entre ellas una resistencia fija y de aproximadamente 1000 Ω. La resistencia entre la conexión central y cualquiera de las otras dos puede ser cambiada a voluntad en un rango entre 0 y aproximadamente 1000 Ω al girar el vástago del potenciómetro. Coloque el potenciómetro en la posición de R x, asegurándose que una de las dos conexiones corresponde a la conexión central, para poder así variar R x. P3 Excite el circuito con una señal (t) sinusoidal de 4 voltios pico a pico y f = 1 khz. Conecte las dos sondas de forma que la entrada al canal 1 sea la diferencia de potencial V bd, y la entrada al canal 2 sea V cd. Visualice en el osciloscopio la diferencia entre los dos canales (se recuerda que para ello hay que colocar MODE en la posición ADD y el canal 2 invertido, lo cual requiere pulsar el botón INV CH2). Asegúrese de que los dos canales tienen la misma escala de tensión y sus tierras coinciden. Accione el potenciómetro hasta que la señal que aparece en la pantalla se anule, esto es, sea una ĺınea recta (para verificar que la señal se anula con la debida precisión, descienda hasta donde sea posible en los selectores de escala de tensión de los dos canales). El puente está entonces en equilibrio. Mida en esas condiciones R x utilizando el poĺımetro en función de ohmiómetro y compárelo con el valor esperado cuando se cumple la condición de equilibrio del puente de Wheatstone. Apunte los valores obtenidos en la siguiente tabla: R x esperado R x medido Error(%) 9

4 1.4.2 Medida de tensiones e intensidades con el polímetro Una vez equilibrado el puente, baje la frecuencia del generador hasta 100 Hz (este paso se da para poder medir el circuito de la fig. 2.2 con los poĺımetros disponibles en el laboratorio ya que dichos poĺımetros sólo miden correctamente en corriente alterna en una gama de frecuencias que está por debajo de 300 Hz). Con la misma amplitud de señal del generador que anteriormente (4 V pico a pico), siga los pasos que se detallan a continuación: P4 Mida V ab, V bd, V ac, V cd y con el poĺımetro. Para ello, es necesario que el poĺımetro actúe como voltímetro, y que se hayan seleccionado la escala adecuada y la posición AC. Basta hacer contacto con las dos pinzas del poĺımetro en los puntos entre los que se desea medir la tensión. Con los valores obtenidos complete la siguiente tabla (ADVERTENCIA:Recuerde que el valor de tensión proporcionado por un poĺımetro en una medida de corriente alterna corresponde al valor eficaz de la tensión real): ab bd ac cd i P5 Satisfacen los valores experimentales de V ab, V bd, V ac, y V cd la segunda ley de Kirchoff en la malla del puente de Wheatstone? P6 Mida I 1, I 3 e I con el poĺımetro. Para ello se ha de cambiar de posición una de las entradas al poĺımetro, de V a A. Además un amperímetro siempre se conecta en serie, por lo que será necesario levantar alguna de las conexiones de los resistores situados sobre la regleta y hacer la correspondiente conexión a través del poĺımetro. (Mida en la escala de 20 ma). Con los valores obtenidos complete la siguiente tabla (ADVERTENCIA:Recuerde una vez más que el valor de intensidad proporcionado por un poĺımetro en una medida de corriente alterna corresponde al valor eficaz de la intensidad real): I ef 1 I ef 3 I ef 10

5 P7 Satisfacen los valores experimentales de I 1, I 3 e I la primera ley de Kirchoff en el nudo a del circuito? P8 Manteniendo el puente equilibrado, alimente el circuito con una señal continua de 5 V. Para ello, basta no seleccionar ninguna de las formas de onda (sinusoidal, triangular o cuadrada) del generador de señales y activar el DC OFFSET. Repita todas las medidas anteriores de tensión e intensidad (V ab, V bd, V ac, V cd,, I 1, I 3 e I), colocando ahora el poĺımetro en posición DC (recuerde que en corriente continua los valores de tensión e intensidad medidos con el poĺımetro son los valores reales de tensión e intensidad). Con los valores obtenidos complete las dos tablas siguientes V ab V bd V ac V cd I 1 I 3 I P9 Comente en qué medida los resultados experimentales obtenidos a lo largo de la práctica se ajustan a la predicción teórica. Comente asimismo las posibles incidencias que se hayan dado en el desarrollo de la práctica. Utilice para exponer sus comentarios como máximo una hoja adicional. 11

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