UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE FÍSICA LABORATORIO DE FÍSICA I MULTIMETRO

Transcripción

1 UNIVESIDAD CENTAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE FÍSICA LABOATOIO DE FÍSICA I MULTIMETO Un crcuto eléctrco está consttudo por un conjunto de elementos que combnados adecuadamente establecen una funcón específca para el crcuto. En estos elementos están presentes cantdades físcas usuales en electrcdad: como dferencas de potencal o voltajes, correntes y potencas, así como cantdades característcas a cada elemento en partcular como resstencas, capacdades e nductancas. Un aspecto mportante resulta entonces poder medr dchas cantdades. MULTÍMETO En esta práctca se ntroduce un nstrumento de uso común en cualquer laboratoro o taller: el multímetro (tester). Todos los multímetros se usan de la msma manera pero se dferencan ncalmente de acuerdo a su consttucón nterna y prncpo de funconamento: un multímetro analógco se basa en un galvanómetro de bobna móvl cuya Físca es fácl de entender; un multímetro dgtal hace uso de un mcrocrcuto ntegrado o chp y requere conocmentos prevos de Electrónca Dgtal. Adconalmente los multímetros tambén se dferencan en detalles o posbldades ofrecdas por los dstntos fabrcantes (se muestra a contnuacón el LG-GoldStar-DM-312). El nstrumento tene un selector rotatoro central donde se escoge la cantdad físca a medr y el rango numérco (valor máxmo) respectvo. En la parte superor hay una pantalla en la que se muestra el valor de la cantdad medda con su respectva undad y algunas otras característcas. Algunos nstrumentos tenen una poscón de apagado (OFF) en el propo selector rotatoro central, otros tenen más ben un botón aparte de encenddo (POWE). Tanto voltaje (V) como corrente (A) están acompañadas de un símbolo que ndca s se va a medr corrente drecta == o corrente alterna ~ En la parte zquerda de la pantalla se vsualza la seleccón. Las puntas de prueba se colocan: la negra ( ) en el conector común (COM), la roja (+) en el conector que ndque el tpo de cantdad que se va a medr (-V-mA-Hz) CUVA CAACTEISTICA La aplcacón de una dferenca de potencal externa en los termnales de un elemento de crcuto produce una corrente a través del elemento. Al gráfco de esta corrente como funcón de la dferenca de potencal se le conoce como curva característca del elemento.

2 S la gráfca es totalmente lneal se dce entonces que el elemento es óhmco, sendo éste el caso común de las resstencas, elementos en los que se cumple la Ley de Ohm: V =. La constante que es una propedad característca del elemento depende de la resstvdad del materal y de sus dmensones, seccón transversal y longtud. El valor de se puede determnar expermentalmente como el nverso de la pendente en la recta característca. En algunas resstencas la dspacón por Efecto Joule (²) provoca un ncremento de la temperatura que puede nfluencar el valor de la resstvdad y por consguente de la resstenca. Al r aumentando la corrente esta nfluenca se pone de manfesto con una curva característca no-lneal. Es el caso de los flamentos de tungsteno en los bombllos comunes. Otro ejemplo de elementos con curvas característcas no-lneales lo consttuye el caso de los semconductores como el dodo y el transstor ESISTENCIAS En todo crcuto eléctrco exsten resstencas de valores determnados que tenen certas funcones específcas como lmtar la corrente o dvdr voltajes y correntes. Es frecuente utlzar la palabra resstor como snónmo de resstenca. Comercalmente se consgue una gran varedad de resstencas caracterzadas fundamentalmente por su valor nomnal, su toleranca y la potenca dspada. Por toleranca se entende la ncertdumbre porcentual que el fabrcante da al valor nomnal de la resstenca. La potenca permte calcular la máxma corrente que soporta la resstenca, valores superores de corrente la queman. Para la dentfcacón del valor nomnal se suele usar un códgo de colores. El valor numérco de la resstenca está marcado medante tres bandas coloreadas cercanas a uno de los extremos que se leen de zquerda a derecha: las dos prmeras bandas ndcan las dos prmeras cfras sgnfcatvas, la tercera banda la potenca de 10 por la que hay que multplcar los dos prmeros dígtos, estando el resultado en ohm (). Una cuarta banda ndca la toleranca (% del valor nomnal) El tamaño de la resstenca es ndcatvo de la potenca, sendo valores usuales 0.25 W, 0.5 W, 1 W y 2 W Color Valor Multplcador Negro 0 x10 0 Marrón 1 x10 1 ojo 2 x10 2 Naranja 3 x10 3 Amarllo 4 x10 4 Verde 5 x10 5 Azul 6 x10 6 Voleta 7 x10 7 Grs 8 x10 8 Blanco 9 x10 9 Color Toleranca Dorado 5% Plateado 10% Nnguno 20% Símbolos: 1ª cfra: amarllo (4) 2ª cfra: voleta (7) Multplcador: amarllo (x10 4 ) plateado toleranca: = 47x10 4 (= 470 k) con toleranca del 10% (tomado de Wkpeda, la encclopeda lbre)

3 El códgo de colores es solo un ndcatvo del valor aproxmado de cada resstenca. El valor real (verdadero) debe ser meddo con un multímetro. Comercalmente solo se fabrcan determnados valores por ejemplo (10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68 y 82) 10 N, por lo que valores ntermedos se obtenen por combnacones de resstencas en sere o en paralelo, sendo la resstenca equvalente: sere 1 paralelo 1 FUENTES DE PODE Y BATEIAS La almentacón de energía de todo crcuto es proporconada, dependendo de sus característcas, por fuentes fjas. como es el caso de las baterías, o por fuentes de poder que son equpos de naturaleza electrónca que se conectan a la línea doméstca (120 V, 60 Hz) y que dan saldas de voltaje y de corrente ajustables por el usuaro. En el caso de las baterías están claramente dentfcadas las polardades (+) y ( ) de sus dos extremos. (foto tomada de Wkpeda, la encclopeda lbre) La fuente de poder de corrente drecta mostrada a contnuacón (CE HYelec HY3002) es una fuente que posee un control de voltaje y un control de corrente. En el caso de las fuentes de poder se usa tambén una convencón para su salda: rojo (+) negro ( ) El nstrumento tene un botón para encenddo (POWE) y los valores correspondentes de voltaje y corrente se muestran en dos pantallas en la parte superor que pueden ser analógcas (aguja ndcadora, en la foto) o dgtal (numérca con LEDs) PATE EXPEIMENTAL 1. MEDIDA DE ESISTENCIAS Para la medda de una resstenca, el multímetro hace pasar una corrente a través de dcho elemento, la cual es sumnstrada por una batería nterna del nstrumento. Por esta razón es necesaro que por la resstenca no pase otra corrente, lo que sgnfca que debe estar aslada. El selector de funcones debe estar en la zona ndcada como () y debe comenzarse a medr partendo del rango máxmo (20M) e r dsmnuyendo progresvamente

4 S la medda excede al rango en uso, la pantalla centellea 1.a. Observe el tablero a su dsposcón, ubque varas resstencas y use el códgo de colores para conocer su valor nomnal. 1.b. Proceda a medr cada resstenca escogda con el multímetro para obtener su valor real. 1-c- Compare cada valor real con el valor nomnal respectvo y vea s el valor real cae dentro del rango determnado a partr de la toleranca ndcada en la resstenca. 1.d Conecte tres de las resstencas escogdas en sere. Mda la resstenca equvalente del montaje y compare el resultado con el valor calculado por la expresón para resstencas en sere usando los correspondentes valores reales (no los nomnales).. 1.e Conecte tres de las resstencas escogdas en paralelo. Mda la resstenca equvalente del montaje y compare el resultado con el valor calculado por la expresón para resstencas en paralelo usando los correspondentes valores reales (no los nomnales).. 2. MEDIDA DE VOLTAJES DIECTOS Para la medda de voltajes el selector de funcones debe estar en la zona ndcada como (V==) asegurándose que en la pantalla aparezca el símbolo de corrente drecta ==. Aunque el rango máxmo es de 1000 (V) los valores típcos usados en este laboratoro permten ncar la medda desde 20 (V) e r dsmnuyendo progresvamente S la medda excede al rango en uso, se escucha un sondo ntermtente. 2-a Sga las ndcacones del profesor para actvar la salda de la fuente de poder. 2-b Varando arbtraramente el control de voltaje correspondente a la salda actvada, proceda a medr con el multímetro varos voltajes de salda hasta su máxmo valor (30 V). Compare cada medda con la lectura observada en la pantalla de la fuente de poder 3. MEDIDA DE COIENTES DIECTAS. CUVA CAACTEÍSTICA. Para la medda de correntes drectas el selector de funcones debe estar en la zona ndcada como (A==) asegurándose que en la pantalla aparezca el símbolo de corrente drecta ==. Aunque el rango máxmo es de 10 (A) los valores típcos usados en este laboratoro permten ncar la medda desde 200 (ma) e r dsmnuyendo progresvamente S la medda excede al rango en uso, se quema un fusble de proteccón. Note entonces las tres formas dferentes de usar el multímetro: (a) para la medda de la corrente en un elemento el multímetro debe ser conectado en sere, es decr, hay que romper el crcuto a fn de

5 ntercalar el multímetro, (b) para la medda de la dferenca de potencal la conexón se hace drectamente en paralelo, (c) para la medda de una resstenca es necesaro que dcha resstenca esté desconectada del crcuto. El esquema a contnuacón muestra el multímetro ntercalado en sere para medr corrente, o drectamente en paralelo para medr voltaje El uso nadecuado de un multímetro orgnado por una mala conexón o un cambo napropado en el selector de funcones puede causar daños al nstrumento, partcularmente en el caso de medda de correntes. Aunque el multímetro cuenta con fusbles de proteccón, sn embargo quemar fusbles por mal uso del nstrumento es penalzado en el laboratoro. 3.a. Ubque en el tablero una resstenca de valor nomnal 1 k (marrón-negro-rojo) y mda con el multímetro el valor real. 3.b. Conecte la fuente de poder a esta resstenca. 3.c. Establezca un valor ncal nomnal de 0.5 V en la fuente. Mda con el multímetro la dferenca de potencal e nmedatamente la corrente correspondente en la resstenca. Tenga cudado al conectar el multímetro y al escoger funcón y rango en el selector de funcones del nstrumento. S va a medr voltaje el selector de funcones debe estar prevamente en en la zona ndcada como (V==) (20 V) asegurándose que en la pantalla aparezca el símbolo de corrente drecta ==, la medda la hace drectamente en paralelo. S va a medr corrente el selector de funcones debe estar prevamente en el en la zona ndcada como (A==) (20 ma) asegurándose que en la pantalla aparezca el símbolo de corrente drecta ==, La medda la hace en sere ntercalando el multímetro. 3.d epta el proceso anteror ncrementando el voltaje nomnal en la fuente de 0.5 V en 0.5 V hasta un máxmo de 5 V. Concludas las meddas dsmnuya el voltaje en la fuente a 0V. 3.e. Grafque la corrente como funcón de la dferenca de potencal. Obtenga la resstenca como el nverso de la pendente en la ecuacón de la línea de tendenca. 3.f. Compare los tres valores obtendos para la resstenca: (a) nomnal, por los colores, (b) real, meddo con el multímetro y (c) expermental, a partr de la curva característca.

6 4. CICUITO DE COIENTE DIECTA 4.a. Mda con el multímetro los valores reales de tres resstencas de valores nomnales 1, 2 y 3. que le ndcará el profesor. 4.b. Instale en el tablero el crcuto mostrado a contnuacón. Coloque la fuente de almentacón en 5 V. 4.c. Mda con el multímetro la dferenca de potencal y la corrente en cada resstenca. Tenga el msmo cudado del expermento anteror al conectar el multímetro y al escoger funcón y rango en el selector de funcones del nstrumento. 4.d. Para los valores reales de las resstencas haga las consderacones de conexones en paralelo y en sere a fn de resolver teórcamente el crcuto y obtener los valores de corrente y dferenca de potencal en cada una de las resstencas. 4.e. Compare los resultados teórcos del punto anteror (4.d) con los valores meddos en el punto (4.c) 4.f. Usando los valores reales de las resstencas, calcule la potenca sumnstrada por la fuente (IV) y la dspada por cada una de las resstencas ( 2 ). Compruebe la conservacón de la energía (potenca sumnstrada = potenca total dspada). EFEENCIAS Tpler-Mosca (25.1, 25.2, 25.3, 25.4, 25.5) Serway-Jewett (27.1, 27.2, 27.6 ; 28.1, 28.2, 28.3, 28.5) esnck-hallday-krane (32.1, 32.3, 32.4, 32.6 ; 33.1, 33.2, 33.3, 33.4, 33.5, 33.6) Fshbane-Gasorowcz-Thornton (27.1, 27.3, 23.7 ; 28.1, 28.2,, 28.3, 28.4) Laboratoro de Físca (Volumen 2: Electrcdad y Magnetsmo): Iván Escalona & Perla H. Chocrón. UCV, Facultad de Cencas, Escuela de Físca (2002) IE/150216

7 POTOBOAD (anexo) En el Laboratoro los dstntos elementos que pueden estar presentes en los crcutos a usar están montados en un tablero donde los extremos de cada elemento se sueldan a conectores donde se ntroducen los cables respectvos. Un dspostvo más práctco es el protoboard que no es más que un tablero perforado que faclta el montaje rápdo de los dstntos elementos que consttuyen un crcuto eléctrco sn necesdad de hacer soldaduras a conectores. El protoboard está consttudo báscamente por un grupo de regletas vertcales paralelas (dos en el dbujo). Cada regleta tene una matrz de perforacones hechas de tal manera que las perforacones en una msma fla horzontal (usualmente ses) están conectadas nternamente, por lo que eléctrcamente es el msmo punto. No hay conexones nternas entre las dstntas flas n entre las regletas El ejemplo a contnuacón muestra en la regleta de la zquerda dos elementos conectados en sere, y en la regleta de la derecha dos elementos conectados en paralelo. Las líneas azules representan las conexones externas (termnales del elemento o cables). Partendo del extremo lbre en la esquna superor zquerda de cada regleta haga el recorrdo hasta el otro extremo (nferor zquerdo) para constatar el tpo de conexón. Los extremos lbres pueden ser conectados a una fuente de poder. -o -o -o -o -o -o- -o -o -o -o -o -odos elementos en sere dos elementos en paralelo