Medición directa de magnitudes eléctricas

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1 Instituto Politécnico Superior Gral. San Martín UNR Física 4 to Año Circuitos de Corriente Continua Medición directa de magnitudes eléctricas Autores: Matías Cadierno, Ignacio Evangelista, Gabriel D. Roldán Introducción En los años anteriores hemos analizado distintas magnitudes físicas 1 (longitud, tiempo, velocidad, fuerza, etc.), en donde algunas de ellas pueden ser medidas directamente (mediciones directas) a traves de instrumentos de medición; por ejemplo, longitudes con una cinta metrica, intervalos de tiempo con un cronómetro. Pero para otras se deben hacer cálculos para poder obtener su valor (mediciones indirectas); por ejemplo, para expresar la velocidad de una partícula es necesario medir posición con una cinta métrica, y el intervalo intervalo de tiempo con un cronómetro. Esto ocurre en todos los ámbitos de la Física; particularmente vamos a ver las magnitudes fisicas eléctricas que podemos medir de forma directa, ellas son: Tensión (o diferencia de potencial, DDP), Corriente, Resistencia, Capacidad, entre otras 2. Para ello se utilizan distintos tipos instrumentos de medición: Voltímetro: instrumento utilizado para medir en Voltios [V] la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Amperímetro: instrumento utilizado para medir en Amperes [A] la intensidad de corriente eléctrica. Óhmetro: instrumento utilizado para medir en Ohms [Ω] la resistencia eléctrica. Pero existe un instrumento que puede funcionar como Óhmetro, Amperímetro o Voltímetro según la circunstancia! Veámoslo a continuación. 2. Multímetro 2.1. Qué es un multímetro? Un multímetro es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas. Las medidas pueden realizarse para corriente continua (CC) o corriente alterna (CA) y en varios rangos de medición. Los hay analógicos (aguja) y posteriormente se han introducido los digitales (cuya función es la misma, con alguna variante añadida). Los multímetros digitales se caracterizan por un número de dígitos y cuentas. Los que utilizaremos nosotros son de 3 1 dígitos (tres dígitos y medio), ya que el display tiene tres 2 1 Una magnitud física es un valor asociado a una propiedad física o cualidad de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. 2 La DDP y la Corriente suelen denominarse magnitudes eléctricas activas, en cambio la Capacidad y la Resistencia, magnitudes eléctricas pasivas. 1

2 dígitos que pueden variar entre 0 y 9 y un dígito (el de más a la izquierda) que puede ser 0 o 1. Las 2000 cuentas corresponden a todos los valores que es capaz de tomar el display: entre 0000 y 1999 con el punto decimal que puede ocupar cualquiera de los seis lugares posibles (desde.0000 hasta 1999.). Esto se ve en la Fig. 1. medio dígito: 0 o 1 0 a 9 Figura 1: Estructura del display de un multímetro de dígitos 2.2. Partes del multímetro Podemos identificar las distintas partes de un multímetro y la simbología de cada una: Figura 2: Partes del multímetro Al observar la Fig. 2, podemos notar distintos sectores, y cada uno de ellos con una respectiva escala. Para comenzar a medir debemos ubicar el selector de funciones y rango (perilla central) en el lugar adecuado. Para esto necesario tener en claro qué magnitud y en qué rango vamos a medir, por lo que debemos respondernos las siguientes preguntas: 2

3 1. Qué magnitud vamos a medir? 2. Vamos a medir en CC o CA? 3. Sabemos el rango de medición? Si la respuesta es NO, no debemos llevar a cabo la medición ya que podríamos dañar el instrumento 3. Si la respuesta es SÍ, proseguimos. 4. Sabemos exactamente el rango de medición? Si la respuesta es SÍ, elegimos la escala correspondiente. Si la respuesta es NO: ATENCIÓN! es necesario elegir la escala de medición más grande posible y, si equivocada, cambiarla luego de a poco ya que podríamos dañar el instrumento. 5. Es correcta la escala? Para poder obtener la mayor cantidad de cifras significativas (y así una menor incerteza) es necesario colocar la perilla en la menor escala posible sin olvidar la pregunta anterior! Puede suceder que en la pantalla aparezca un 1 (Fig. 3), esto significa que la escala que estamos usando es muy pequeña, por lo que debemos cambiar hacia un rango mayor. Figura 3: Si observamos esto en el multímetro significa que el valor medido está más allá del rango seleccionado 6. Qué estamos viendo? Al realizar la medición nos aparecerá un numero en el display pero le falta la unidad, esta debe buscarse en la escala en la cual se está midiendo. Por ejemplo: en la escala de 20 A signfica 14, 5 A, en cambio en la escala de 20 ma significa 14, 5 ma. 3 Esto es un problema solo si se miden magnitudes eléctricas activas. 3

4 Ejemplo. Supongamos que queremos medir la DDP entre las placas de un capacitor y sabemos que no va a superar los 20 V: 1. Mediremos DDP 2. Será medido en CC 3. SÍ, lo sabemos 4. El rango es entre 0 V y 20 V por lo que ubicaremos la perilla en la función de medición de voltaje en la escala de 20 V 5. Supongamos que leemos 1.89 en el instrumento. Vemos que el primer dígito del instrumento queda inutilizado y que podríamos achicar el rango. Entonces podemos mover la perilla al rango 2 V. Ahora leeremos, por ejemplo, Como estamos en el rango 0 2 V, el resultado de la medición es 1, 894 V Figura 4: Bornes en la parte inferior del multímetro Se puede observar en la Fig. 4, que el instrumento posee cuatro (algunos tres o dos) bornes. Uno de ellos (COM, borne C ) en donde siempre se ubicará el cable negro que trae el multímetro; este va a ser el borne de referencia, a partir del cual podremos interpretar el signo de la medición. El cable rojo se ubicará en alguno de los otros bornes ( A, B o D ) dependiendo de lo que se quiera medir (ver Pregunta 1) según se indica en cada borne. En el ejemplo anterior, el cable rojo debe ubicarse en el borne de medición de tensión ( D ). En general, los multímetros distinguen los bornes que sirven para medir corrientes pequeñas ( ma) de aquellos que sirven para medir corrientes del órden de 10 A (bornes B y A respectivamete) Multímetro como Óhmetro: Cómo medir Resistencia? Medir una resistencia es un procedimiento sencillo, lo primero que debemos hacer es conectar los cables en los bornes C y D y responder las preguntas de la sección anterior. Una vez hecho esto, conectamos las puntas de los cables rojo y negro a los terminales de la resistencia como 4

5 muestra la Fig. 5. Observemos que el multímetro esta conectado en paralelo con la resistencia que se desea medir. Ω Ω Figura 5: Esquema de la conexión del instrumento para medir resistencia Cabe destacar que para realizar esta medición es necesario que a través de la resistencia circule una pequeña intensidad de corriente por lo que el instrumento debe estar provisto de una pila o batería que suministre dicha corriente y la resistencia que se quiere medir debe estar desconectada de cualquier circuito (ver Fig. 5) Multímetro como Voltímetro: Cómo medir diferencia de potencial? Para poder medir la DDP entre dos puntos es necesario que los cables del multímetro estén ubicados en los bornes C y D y responder las preguntas de la segunda sección: luego colocar la punta del cable negro en uno de los puntos y la punta del cable rojo en el otro punto. Observemos que en este caso el voltímetro estaría colocado en paralelo con el artefacto a medir como muestra la Fig. 6. Por esto, el Voltímetro (Multímetro en modo de Voltímetro) debe tener una resistencia interna grande, de modo que la corriente se derive lo mínimo posible por el instrumento. V Figura 6: Esquema de la conexión de un voltímetro 5

6 Cabe destacar que: Si la lectura de la medición nos da un signo negativo, el potencial en el punto donde está colocado el cable rojo es mayor que el potencial donde está colocado el cable negro. Si la lectura de la medición nos da un signo positivo, el potencial en el punto donde está colocado el cable rojo es menor que el potencial donde está colocado el cable negro. Mayormente se toma el potencial menor como el potencial de referencia, por lo tanto, si sabemos de antemano cual potencial es el menor, colocaremos el cable negro en este punto. V V lectura positiva lectura negativa Figura 7: Ejemplo de una lectura positiva y una lectura negativa 2.5. Multímetro como Amperímetro: Cómo medir intensidad de corriente? Para poder medir Intensidad de Corriente es necesario que los cables del multímetro estén ubicados en los bornes A o B (dependiendo de escala que usemos) y C, y constestar las preguntas de la segunda sección. Luego de esto debemos abrir el circuito y colocar el multímetro en serie con el artefacto al que se le desea medir el paso de corriente, como muestra la Fig. 8. Por ésto, el Amperímetro (Multímetro en modo de Amperímetro) debe tener una resistencia interna pequeña, para que la caída de potencial en el instrumento sea lo más chica posible y así no modificar considerablemente el resultado de la medición. A Figura 8: Esquema de la conexión de un amperímetro 6

7 Cabe destacar que: Si la lectura de la medición nos da un signo positivo, significa que la corriente pasa por el multímetro desde el cable negro hacia el rojo (entra por el negro y sale por el rojo). Si la lectura de la medición nos da un signo negativo, significa que la corriente pasa por el multímetro desde el cable rojo hacia el negro. Si sabemos de antemano el sentido de la corriente, colocaremos el cable negro de manera que dicha corriente entre por allí y salga por el cable rojo. A A lectura positiva lectura negativa Figura 9: Ejemplo de una lectura positiva y una lectura negativa 7

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