RECONOCIMIENTO DE MATERIALES Y MEDIDAS DE VOLTAJE

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1 RECONOCIMIENTO DE MATERIALES Y MEDIDAS DE VOLTAJE FERNANDEZ VILLAR OSNAIDER LLANOS GERSON NAVAS NUÑEZ INGRID JOHANA OLIVEROS VELOZZA DIANA RODRIGUEZ VARGAS WILMER DAVID GRUPO 01 LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO LIC. JUAN BAUTISTA PACHECO FERNANDEZ FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS I PERIODO UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR VALLEDUPAR CESAR 2017

2 1.1 OBJETIVOS GENERALES UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR 1. OBJETIVOS Reconocer los materiales y medidas de voltaje. 2. MARCO TEORICO Los instrumentos de medición a utilizar en el curso de la materia serán instrumentos destinados a la medición de magnitudes eléctricas. Ellos son principalmente: Voltímetros: mide diferencia de potencial eléctrico en voltios o submúltiplos. Imagen 1. Multímetro con sus partes Amperímetros: mide intensidad de corriente eléctrica en ampere o submúltiplos. Imagen 2. Amperímetro con sus partes

3 Óhmetros: mide la resistencia eléctrica en Ohmios (Ω) o submúltiplos. Imagen 3. Óhmetros Los amperímetros y voltímetros pueden ser utilizados para mediciones en corriente continua o alterna, o ambas. Los tres instrumentos antes mencionados pueden presentarse en forma independiente o agrupados en un solo instrumento llamado Multímetro o, como se lo denomina comúnmente, Tester. Imagen 4. Uso del Multímetro para medir corriente alterna En cualquiera de los casos, los instrumentos poseen un selector de escalas, a los efectos de seleccionar el rango de medición. La lectura de la medida realizada dependerá del tipo de instrumento utilizado, analógico o digital. En los de aguja o analógicos, las lectura se indica en una escala graduada y el órgano indicador está compuesto por una aguja o por un fino haz de luz y en los digitales, la lectura se realiza directamente por medio de un Display indicador.

4 Imagen 5. Voltímetro Analógico y Digital. Las diferentes escalas poseen graduaciones, que según los casos corresponden a ecuaciones lineales, logarítmicas, u otro tipo de función más compleja. En instrumentos de aguja el movimiento del órgano indicador es, generalmente, de izquierda (cero) a derecha, salvo en el óhmetro en que el cero se encuentra a la derecha. En los voltímetros y amperímetros el cero se encuentra al principio de la escala y al final de la escala, llamado fondo de escala, le corresponde el máximo valor posible de medir en esa escala. En los óhmetros el principio de escala indica el valor de infinito y el final de escala, el cero. Como las magnitudes a medir están comprendidas en un rango muy amplio de valores, los voltímetros y amperímetros poseen un selector que nos permite seleccionar la escala que mejor se adecue al valor de la magnitud a medir. Esto es, el valor a medir quedará comprendido entre el cero y un valor máximo, denominado fondo de escala, que será superior al mismo. En los óhmetros ocurre algo similar pero el procedimiento de lectura es un tanto diferente, a saber: por lo general, en el selector de escala de un instrumento de aguja se leerá, por ejemplo, X0, 1; X1; X10; X1K, etc., estos valores no indican, como en los casos anteriores, el máximo valor a medir, sino que son factores multiplicadores de la escala.

5 Por ejemplo, si se efectúa una medición de resistencia con el selector en la posición X1, la lectura en la escala es directa. En cambio, si el selector se encuentra en la posición X10, el valor leído sobre la escala deberá multiplicarse por un factor de 10; así, si el fiel indica 10 unidades, la magnitud medida será 10 X 10 Ohm = 100 Ohms. Algunos multímetros (tester) cuentan separadamente con un selector de función o tipo de magnitud a medir (voltaje, corriente, resistencia) así como con un selector de tipo de señal a medir, corriente continua (CC) o corriente alterna (AC). En otros, todas estas funciones se encuentran agrupadas en un solo selector donde, la medición de voltaje o intensidad tanto en CC como en AC, tienen cada uno su propio rango de escala en un mismo selector. Imagen 6. Multímetro Analógico 2.1. CONCEPTOS BÁSICOS Descripción del Material Voltímetro: El voltímetro es un instrumento destinado a medir la diferencia de potencial (ddp). La unidad de medida es el Voltio (V). La ddp puede ser medida en CC o AC, según la fuente de alimentación utilizada. Por ello, antes de utilizar el instrumento lo primero que se debe verificar es qué tipo de señal suministrará la fuente de alimentación, y constatar que el selector de escala se encuentre en la posición adecuada, AC o CC. Luego se debe estimar o calcular por medio analítico el valor de ddp a medir y con ello seleccionar el rango de escala adecuado, teniendo en cuenta que el fondo de escala sea siempre superior al valor a medir. En el caso que no sea posible estimar ni calcular la ddp a medir, se deberá seleccionar la escala de mayor rango disponible y luego de obtener una medición adecuar el rango de escala, si fuera necesario. Para el caso de instrumentos de aguja, es aconsejable que la lectura se efectúe siempre en la segunda mitad de la escala, ya que allí se comete menor error.

6 Cuando se debe medir en CC se deberá tener en cuenta la polaridad del instrumento, observando que para ello los cables del mismo se hallan diferenciados por su color siendo, por convención, el color rojo para la polaridad positiva y el color negro para la polaridad negativa; los bornes del instrumentos están indicados con los signos + y - o COM respectivamente. Imagen 7. Manera de medir corriente continúa teniendo en cuenta su polaridad. Para el caso de instrumentos de aguja (analógicos), al conectarlos con la polaridad incorrecta se observará que la aguja deflexionará en sentido contrario (de derecha a izquierda), lo que puede causar deterioro del mecanismo de medición del instrumento. En caso de desconocer la polaridad de la fuente de alimentación, o ante cualquier duda sobre la selección de escala, consultar con el profesor. Cuando se vaya a medir en AC no se tendrá en cuenta la polaridad debido a que se trata de corrientes no polarizadas.

7 Imagen 8. Ejemplo de la manera de medir corrientes alternas ya que no se tienen en cuenta la polaridad. Amperímetro: Es un instrumento destinado a medir intensidad de corriente, tanto en corriente continua como en alterna. La unidad de medida es el Ampere (A). Para el manejo de éste instrumento se deberán observar las mismas precauciones que para el uso del voltímetro. Óhmetro: Imagen 9. Manera de utilizar el Amperímetro Instrumento destinado a medir valores de resistencias. La unidad de medida es el Ohm (Ω)). Este instrumento no posee polaridad. La medición de resistencia debe

8 efectuarse siempre con al menos uno de los bornes del elemento resistivo desconectado del resto del circuito. Imagen 10. Instrumento destinado a medir valores de resistencias CONEXIÓN DE LOS DISTINTOS INSTRUMENTOS: VOLTIMETRO: Medición de la ddp sobre R Importante: el voltímetro se conecta siempre en paralelo. Observar la polaridad para el caso de CC. AMPERIMETRO: Medición de la intensidad de corriente en el circuito. Importante: el amperímetro se conecta siempre en serie. Observar la polaridad para el caso de CC. OHMETRO: Medición de la resistencia R. Importante: el óhmetro se conecta en paralelo con el elemento resistivo a medir. El elemento resistivo no debe estar conectado al circuito de lo contrario se puede incurrir en error en la medición. El Multímetro, su uso: El multímetro posee una perrilla que nos permite seleccionar el tipo de medición que querernos realizar. Podemos dividir a éste en cinco zonas principales:

9 Imagen 11. Usos del Multímetro.

10 3. MATERIALES Y EQUIPO 1 Multímetro digital UT33C 1 Fuente eléctrica reguladora de voltaje o fuente de poder Toma corrientes. 2 cables de conducción Tabla 1. Descripción de los materiales utilizados en el laboratorio NOMBRE CANTIDAD REFERENCIA Multímetro digital UT33C 1 Instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente Fuente eléctrica reguladora de voltaje o fuente de poder 1 Dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta

11 Toma corrientes 4 Se emplea para referirse al elemento que, en una instalación eléctrica, dispone de ranuras para la inserción de las clavijas. cables de conducción 2 Los cables que se usan para conducir electricidad. Tabla 2. En esta tabla le daremos a conocer los diferentes materiales que fueron utilizados a lo largo del laboratorio. 4. PROCEDIMIENTO Medida de Voltajes: Antes de iniciar con la medida del voltaje, es necesario que comprendamos este término. Si tenemos un conductor en el cual hay muchos electrones libres. Qué se podría hacer para que ellos se muevan en la misma dirección formando un flujo de electrones? Sí ponemos una carga positiva en un extremo del cable, los electrones se verán atraídos y empezarán a moverse hacia el extremo del cable, generando el flujo eléctrico. En realidad lo que se hace es poner en los extremos del cable una fuente de tensión, o, dicho en forma común, "se aplica un voltaje o diferencia de potencial. Podríamos decir que la tensión, diferencia de potencial o el voltaje "es la fuerza que pone en movimiento a los electrones". La tensión en el Sistema Internacional de Unidades se expresa en VOLTIOS [V]. Por ejemplo una pila tiene una tensión de 1.5V (voltios) y una batería de automóvil 12V. El múltiplo más usual es el Kilovoltio: 1 KV = 1000 V. El símbolo de una fuente de tensión (voltaje) continua es el siguiente: En este símbolo, el terminal o polo negativo (-) indica por donde salen los electrones, mientras que por el positivo (+) es por donde ingresan los electrones. Al polo positivo se le define como un punto o potencial positivo, ya que es el que ejerce una "fuerza" sobre los electrones, y el negativo como un punto o potencia de referencia en el cual no hay tensión (0 V). Por ejemplo, que una pila tenga una tensión de 1.5 V, significa que el polo positivo tiene un potencial de 1.5 V (1.5 V de "fuerza" para

12 atraer a los electrones) respecto de una referencia, que en este caso es el terminal negativo. De esto surge el nombre diferencia de potencial. Ahora bien, veremos cómo medir el voltaje: Se selecciona, en el multímetro que estemos utilizando, la unidad (voltios). Revisar que los cables rojo y negro estén conectados correctamente (El rojo en el medidor de voltio y el negro en el Terminal COM). Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala, (si no tenemos idea de que magnitud de voltaje vamos a medir, escoger la escala más grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala para medir automáticamente. Se conecta el multímetro a los extremos del componente (se pone en paralelo) y se obtiene la lectura en la pantalla. Si la lectura es negativa significa que el voltaje en el componente medido tiene la polaridad al revés de la que supusimos (Normalmente en los multímetros el cable rojo debe tener la tensión más alta que el cable negro). En cada zona del multímetro encontramos diferentes escalas. Veamos la zona que nos permite medir tensión continua (DCV). En ella encontramos los siguientes valores: 200mV, 2V, 20V, 200V y 600V, que son los máximos valores que podemos medir si colocamos la perrilla sobre ellos. Si tenemos que medir una batería común de 9V, debemos elegir una escala que sea mayor y que esté lo más cercana posible a este valor, por lo tanto la perrilla del multímetro se debe posicionar en la zona DCV en el valor 20V. En la figura del multímetro mostrado en páginas anteriores, podemos observar, que existen tres clavijas para conectar las puntas de medición: Clavija de corriente hasta l0 A: en él conectamos la punta de color rojo, solo para medir corriente hasta 10 A. Esta clavija no la utilizaremos en este curso; clavija de V, Ohms, A: aquí conectamos la punta de color rojo, cuando queremos medir tensión (voltaje), resistencia o corriente (miliamperes) y la clavija de masa o tierra (COM): en él, se conecta la punta de color negro. Cuanto más cerca se seleccione la escala respecto a medir, más precisa será la medición. Si no conocemos el valor a medir, para no correr con el riesgo de quemar el multímetro, debemos elegir la escala máxima y realizar la medición. Luego, si esta escala es grande o no nos permite obtener la precisión deseada, elegiremos otra menor y así sucesivamente. Si utilizamos diferentes escalas para medir una tensión continua de 12.23V, obtendremos:

13 Ahora, realicemos las siguientes actividades: El 1 que leemos en la escala de 2000mV, indica que se fue de rango, es decir que el valor que estamos midiendo es mayor al máximo permitido en dicha escala. Debemos prestar mucha atención de no sobrepasar el valor máximo, ya que de lo contrario corremos el riesgo de arruinar el instrumento. 4.1 En las fuentes amarillas del laboratorio identifique el tipo de voltaje de cada sección (continuo o alterno), descríbalas y compare las diferentes escalas. Imagen 12. Tipos de voltajes presentes en las secciones de la fuente de poder Verifica el estado de cada sección. SECCION 4 SECCION 3 SECCION 2 SECCION 1 C No tiene identificada las polaridades B A 2 1 Tiene 2 polaridades Rojo y Negro Imagen 13: Demostración de las secciones en la fuente de poder.

14 La fuente tiene cuatro secciones, que se distribuyen así: La sección 1 tiene una salida variable de 0 a 30 V de corriente continua. La sección 2 tiene una salida variable de 0 a 30V de corriente continua. La sección tiene una salida variable de 0 a 300V de corriente continua y una salida directa de 110 V de corriente continua. Se logra observar que está dividido en 2 partes, la cual se nombró como 1 (Donde tiene la salida variable 0 a 300V) y 2(Donde tiene la salida directa de 110V). La sección 4 está divida en 3 partes la cual se nombró como B (Donde tiene una salida variable 0 a 25V de corriente alterna), A (Donde tiene una salida variable 0 a 250V de corriente alterna) y C (Donde tiene una salida directa de 6,3V de corriente alterna). Imagen 14. Verificación de los estados de la fuente de poder 4.3. Utilizando el multímetro como voltímetro, escoge el rango adecuado para realizar varias mediciones y compara si el valor dado por el instrumento coincide con el valor que suministra la fuente. Realiza una tabla de datos donde consignes ambas clases de valores.

15 MULTIMETRO (V) UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR SECCIÓN 1 (0-30V CC): FUENTE (V) MULTIMETRO (V) 5 5, , , , ,2 Tabla 3. Tabla de Datos de la SECCION SECCIÓN 1 (0-30V CC) FUENTE (V) Grafica 1. Rango de las mediciones tomadas con el Multímetro. SECCIÓN 2 (0-30V CC): Esta sección no nos funcionó. SECCIÓN 3 (0-300V CC) FUENTE (V) MULTIMETRO (V) Tabla 4. Tabla de Datos de la SECCION 3

16 MULTIMETRO (V) UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR SECCIÓN 3 (0-300V CC) FUENTE (V) Grafica 2. Rango de las mediciones tomadas con el Multímetro.

17 SECCIÓN 4 (0-25V ^ 0-250V CA) Escala A 0-25V No funciono Escala B 0-250V FUENTE (%) MULTIMETRO (%) Tabla 5. Tabla de Datos de la SECCION 4. El estado en esta escala de la SECCION 4 se encuentra descalibrada

18 Escala C 6.3V No funciono 4.4. Analice y coloque la perilla de la fuente en una posición que suministre aproximadamente 50V. Verifique con el multímetro si efectivamente hay aproximadamente los 50 V que supuestamente está suministrando la fuente (no se olvide de la escala) Cuál es la lectura en el multímetro? Es aproximadamente 50 V?, Está totalmente lejos? Explique, y si es el caso intente nuevamente. Qué información suministra la perilla? Explica!

19 Al colocar la perilla en los 50 v, el voltímetro arrojo una lectura de 33 V. esta lectura está muy lejos de los 50v, ya que la fuente amarilla esta descalibrada. Al intentar nuevamente la lectura arrojo los mismos resultados Después de analizar hasta el momento lo que se ha realizado, Según tu fuente, qué valor de voltaje se debe entonces registrar con la posición de la perilla en 20? Explica la forma como hiciste el cálculo para conocer el resultado anterior? Verifica el resultado con el multímetro, verifica si es correcto el rango de valores de la fuente, si no es correcto determina el nuevo rango. Con el nuevo rango qué valor de voltaje debe registrarse cuando la perilla está en las siguientes posiciones:

20 Teniendo en cuenta el resultado obtenido anteriormente, si colocamos la perilla en 20 se obtendrá un resultado mucho menor, ya que la fuente amarilla esta descalibrada. Para conocer el resultado utilizamos una regla de tres: 50V 33V 20V X x = (20 33)V = V 50 a. Para la fuente de 0 25: * 15 * 25. b. Para la fuente de 0 250: * 40 * Medir con el voltímetro la diferencia de potencial suministrada por los tomas de corriente del salón. Qué tipo de voltaje es? Explica!

21 MULTÍMETRO (500v) # TOMAS DE CORRIENTES 127 V V 2 127V 3 Tabla 6. Tabla de Datos de las tomas de corriente en el salón. La corriente del salón es de voltaje alterno, ya que la toma de corriente tiene su polaridad definida y las medidas tomadas en todo el salón dieron el mismo resultado 127 V. 4.6 Verifica si la fuente fija de voltaje alterno, de las fuentes amarillas, suministra lo que la lectura especifica. La fuente fija de voltaje alterno es de 6,3V al realizar la lectura arrojo como resultado 00.1V, esto se debe a que esta sección se encuentra descalibrada por lo tanto no nos permitió la resolución de este punto. 5. ANALISIS DE RESULTADOS Dados los materiales necesarios para la práctica de manejo del multímetro en función de voltímetro se realizaron mediciones de voltaje en dos tipos de corriente; tanto alterna como continua. Al hacer las mediciones en los tomacorriente, nos dimos cuenta que la corriente que estos poseen es alterna, mientras que cuando tomamos mediciones en la fuente pudimos ver la presencia de ambos tipos de voltaje notando porque se diferencian. Al medir en la fuente amarilla con el procedimiento dado, se observó que este tenía 4 secciones donde 3 de ellas eran voltaje continuo (DC) y el otro era alterno (AC). 6. CONCLUSIÓN Al comparar, tabular y graficar los valores de las mediciones con el multímetro con los respectivos valores indicados en la fuente, para la SECCION 3 y SECCION 4 podemos decir que estas no dieron acorde a lo indicado por la fuente, por lo que podemos decir que el equipo no se encuentra calibrado, además no existe una proporcionalidad o una relación lineal entre unos resultados y otros,en cuanto a la sección 2 no se pudo realizar mediciones debido a que esta no funciona, sin embargo se encontró que la sección 1 se encuentra en buen estado y arroja valores cercanos a los indicados en la fuente. Las mediciones con el multímetro no suelen ser completamente exactas como ellos muestran en sus pantallas, ya que para ser exactas deben presentar las condiciones ideales que permitan con exactitud medir voltaje, corriente, o resistencia Pero aunque el multímetro es un instrumento de medición que debe ser muy bien

22 elaborado para ser preciso, a veces la resistencia interna falla, y es posible que este falle a la hora de medir. 7. BIBLIOGRAFÍA Halliday D., Resnick R., Walker, I. Física, volumen 2, quinta edición, Jhon Wiley & Sons N.Y., USA, Alonso, M. Finn, J.E., Física, volumen 2, Addison-Wesley Iberoamericana, México, Serway, Raymond A. FÍSICA, tomo 2, cuarta edición, McGraw-Hill, México, Consultado el 19/03/2017 a las 4:28 p.m.