PRÁCTICA 1: MEDIDAS ELÉCTRICAS. LEY DE OHM.

Transcripción

1 PRÁCTICA 1: MEDIDAS ELÉCTRICAS. LEY DE OHM. Objetivos: Aprender a utilizar un polímetro para realizar medidas de diversas magnitudes eléctricas. Comprobar la ley de Ohm y la ley de la asociación de resistencias en serie. Fundamento teórico: Los polímetros son instrumentos que permiten realizar medidas de diversas magnitudes eléctricas. Para ello están dotados de diferentes circuitos eléctricos que seleccionamos dependiendo de la magnitud que queramos medir y del orden de magnitud de su valor. Aunque existe una gran variedad de modelos, los aspectos generales relacionados con su manejo son básicamente los mismos con independencia del instrumento concreto que estemos utilizando. La ley de Ohm nos da la relación que existe entre la tensión, intensidad y resistencia eléctrica en un conductor. Establece que la corriente I que circula por él es proporcional a la diferencia de potencial V entre sus extremos, siendo la constante de proporcionalidad el inverso de la resistencia del conductor: V I (1) R Por tanto, si dispusiéramos de una fuente de tensión V variable y representaramos gráficamente los valores de I medidos frente a los correspondientes valores de V, debemos obtener una recta cuya pendiente es 1/R. Una conexión de resistencias en serie se caracteriza porque presenta un trayecto único de paso de corriente. Tal como se aprecia en la figura 1, la misma intensidad de corriente I circula a través de cada una de las resistencias R 1 y R 2 conectadas en serie. LLamemos V ab a la diferencia de potencial aplicada al conjunto de la asociación. Se cumple que I a R 1 R 2 V 1 V 2 b Figura 1 ab=v 1+V 2 = I ( R1 + R ). ( 2 ) V 2 Así pues, I = V ab R1+ R 2, ( 3 ) es decir, la resistencia equivalente de una asociación de resistencias en serie es la suma de las resistencias R1 R2 (4) R s Material: Se utilizarán dos resistencias, una fuente de tensión variable, cables de conexión y un polímetro digital. 1

2 Método experimental: 1. Medida de resistencias a) Conecte los terminales a las posiciones indicadas en el polímetro para medir resistencias, es decir, una terminal debe estar conectada en COM (polaridad ) y la otra en (polaridad +). b) El selector debe señalar una posición bajo el indicativo. Los diferentes valores numéricos bajo el indicativo representan las diferentes escalas, es decir, el valor máximo de resistencia que se puede medir en dicha posición. Para empezar seleccione la escala de 2M. c) Toque ahora con los terminales del polímetro los extremos de una de las resistencias disponibles (que debe estar sin conectar a ninguna fuente) y anote el resultado que puede leer en la pantalla. Anote también la resolución del aparato y tómela como una estimación de la incertidumbre expandida de la medida. d) Pase a continuación a una escala inferior con mayor resolución y repita la medida. Repita este paso hasta llegar a una escala con un valor numérico inferior al valor de la resistencia. Nunca debe emplearse una escala menor pues se corre el riesgo de dañar el instrumento. e) Determine el valor de la resistencia utilizando el siguiente código de color estándar adoptado por los fabricantes. De acuerdo con dicho código las bandas de color han de interpretarse de la siguiente manera: La primera banda es la más próxima a uno de los extremos. Si hay 4 bandas será más fácil identificar la última pues siempre será oro o plata. El color de la primera franja indica la primera cifra significativa de la resistencia. El color de la segunda indica la segunda cifra significativa. El color de la tercera indica el factor multiplicador. El color de la cuarta indica la tolerancia o incertidumbre expandida. Factor Multiplicador Tolerancia % Cifras significativas Color ,1 0, Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Oro Plata Sin color 2

3 2. Medida de diferencia de potencial (tensión) a) Conecte la resistencia a la fuente de tensión, concretamente a las entradas azul y roja donde puede leerse 0 ma y gire el mando regulador de la tensión hacia la izquierda hasta la posición 1.2 b) Conecte los terminales a las posiciones indicadas en el polímetro para medir tensiones: COM y V. c) Coloque el selector en una posición bajo el indicativo V (corriente continua). Elija para comenzar la escala más grande. d) Conecte las terminales del polímetro a cada extremo de la resistencia (conexión en paralelo), de forma que el terminal que sale del COM contacte con el punto más cercano al borne negativo de la fuente. Anote el valor que indica la pantalla. De acuerdo con el manual de instrucciones del polímetro, la incertidumbre expandida de la medida se calculará con la siguiente tabla DC VOLTAJE Rango Incertidumbre expandida 200 mv 0,5% de la lectura + 2 resolución 2 V 0,5% de la lectura + 2 resolución 20 V 0,5% de la lectura + 2 resolución 200 V 0,5% de la lectura + 2 resolución 00 V 0,8% de la lectura + 2 resolución e) Repita el apartado anterior bajando paulatinamente de escala sin llegar a utilizar nunca una escala inferior al valor de la tensión en la resistencia. 3. Medida de intensidades a) Desconecte el polímetro de la resistencia. Sitúe ahora sus terminales en las posiciones: COM y ma. b) Coloque el selector bajo el indicativo A (corriente continua). Elija para comenzar la escala más grande. c) Abra el circuito del montaje anterior, por ejemplo desconectando de la resistencia el cable unido al borne negativo de la fuente. Conecte el extremo libre que ha quedado de dicho cable al terminal del polímetro unido al COM. Conecte el otro terminal del polímetro al extremo libre de la resistencia, de esta forma el amperímetro estará colocado en serie con la resistencia y circulará por él justo la intensidad de corriente que se desea medir. Anote el valor que indica la pantalla. Para el cálculo de la incertidumbre expandida utilice la siguiente tabla que proporciona el fabricante 3

4 DC INTENSIDAD Rango Incertidumbre expandida 200 A 1% de la lectura + 2 resolución 2 ma 1% de la lectura + 2 resolución 20 ma 1% de la lectura + 2 resolución 200 ma 1,5% de la lectura + 2 resolución d) Repita el apartado anterior reduciendo cada vez la escala de intensidad hasta donde sea posible. 4. Ley de Ohm a) Con el fin de variar la tensión de la fuente, gire ahora el mando de la tensión hacia la derecha hasta la posición que marca la siguiente línea negra. Repita las medidas de diferencia de potencial e intensidad. Recuerde que el voltímetro debe colocarse en paralelo mientras que el amperímetro siempre debe ir en serie. Anote solo el resultado obtenido en la escala óptima donde la resolución es máxima. b) Vuelva a realizar la operación anterior hasta que el mando llegue al extremo derecho de su recorrido donde marca 12. Deberá completar un total de siete medidas de tensión e intensidad. 5. Asociación en serie a) Mida con el polímetro las dos resistencias R 1 y R 2 siguiendo el método especificado en el punto 1 de este guión. b) Conecte en serie las dos resistencias con un cable (cable azul de la imagen derecha). Mida ahora con el polímetro la resistencia total de la asociación, R s (sin conexión a la fuente). c) Construya el circuito completo de la figura 1, conectando a la fuente el conjunto de las dos resistencias en serie, tal como se muestra en la imagen de la derecha. La conexión a la fuente debe hacerse de nuevo a la entrada donde se lee 0 ma. El mando regulador de la tensión se coloca aproximadamente hacia la mitad de su recorrido. Prepare el voltímetro y mida las diferencias de potencial V 1, V 2, y V ab, colocándolo en paralelo a los elementos R 1,R 2 y R s respectivamente. d) Prepare el amperímetro e insértelo en serie, tal como se muestra en la foto inferior. Mida la corriente I. 4

5 Nombre y Apellidos Grado Grupo RESULTADOS Y CUESTIONES 1. Medidas de resistencia Escala R Resolución Valor más preciso: R = ± Incertidumbre relativa: U r (R) = Código de colores Banda Color Según el código de colores: R = Tolerancia=, U(R)= 2. Medidas de diferencia de potencial Escala V Resolución del voltímetro U(V) Valor más preciso: V = ± Incertidumbre relativa: U r (V) = 3. Medidas de intensidad Escala I Resolución del amperímetro U(I) Valor más preciso: I = ± Incertidumbre relativa: U r (I) = 5

6 Nombre y Apellidos Grado Grupo RESULTADOS Y CUESTIONES 4. Ley de Ohm a) Medidas de tensión e intensidad: V (V) I (ma) b) Represente en papel milimetrado las medidas de intensidad frente a la tensión. c) Obtenga la recta de regresión que mejor ajusta este conjunto de medidas y represéntela también en la gráfica anterior. d) La experiencia realizada confirma la ley de Ohm? Justifique la respuesta a partir del valor del coeficiente de correlación obtenido. e) Calcule el valor de la resistencia a partir de la pendiente de la recta de regresión. 5. Asociación de resistencias en serie a) Medidas directas: Valores de las resistencias utilizadas: R 1 = ± R 2 = ± Resistencia equivalente: R s = ± Diferencias de potencial: V 1 = ± V 2 = ± V ab = ± Intensidad de corriente: I = ± b) Medidas indirectas: utilizando las ecuación (3), calcule el valor de la intensidad de corriente I y compárelo con el resultado de la medida directa. c) Realice un esquema del circuito donde aparezcan un voltímetro convenientemente situado para medir V 1, y un amperímetro que mida I.