2. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA TAREA DE PREPARACION. Nombre Estudiante: Código: Plan: Fecha:

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1 TE DE PEPCÓN 2. NSTUMENTOS DE MEDCÓN ELÉCTC TE DE PEPCON Nombre Estudante: Códo: Plan: Fecha: Lea cudadosamente la base teórca dada en la uía y con ayuda del estudo de la bblorafía conteste las suentes preuntas y entréuelas a su profesor antes de empezar la práctca.. Cuáles son los parámetros de un alvanómetro que van a determnar la máxma corrente que puede crcular por él? 2. De acuerdo con el crcuto de la fura.2, con el nterruptor aberto, asumendo que crcula la corrente necesara para desvacón a escala plena deduzca la expresón para el voltaje dado por la pla: V con 3. S en el crcuto de la fura.2 se cerra el nterruptor, asumendo que se ajusta para que crcule por el alvanómetro la corrente necesara para desvacón a 2 escala plena deduzca la expresón: 2 4. La corrente necesara para desvacón a escala plena de un alvanómetro cuya resstenca nterna es de 75 Ohmos es de 2 mcroamperos. S se desea medr a escala plena 2 m, cuál debe ser el valor de la resstenca Shunt? Cuál es la resstenca neta del crcuto? 5. Qué es un voltímetro? Se dce que su resstenca nterna debe ser muy rande. Muy rande con respecto a qué? 6. Qué es un amperímetro? Se dce que su resstenca nterna debe ser muy pequeña. Muy pequeña con respecto a qué? 7. Cuáles son las mantudes físcas que Ud. va a medr en este expermento? UNVLLE FÍSC

2 GU PÁCTCS DE ELECTOMGNETSMO 2. NSTUMENTOS DE MEDCÓN ELÉCTC. OBJETVOS Conocer el prncpo de funconamento del alvanómetro como nstrumento de medcón eléctrca y determnar sus parámetros: sensbldad y resstenca nterna. Usar el alvanómetro como nstrumento para medr correntes y dferencas de potencal. 2. MODELO TEÓCO El alvanómetro D'rsonval usado en los nstrumentos de medcón eléctrca se basa en el hecho de que una espra de alambre presenta en presenca de un campo manétco un torque cuando crcula una corrente por ella. Este torque manétco es contrarrestado por un torque elástco de un resorte con constante elástca de torsón K, el cual permte rar una auja unda a ella sobre una escala de medda, ver F.. La deflexón de la auja es proporconal a la corrente en el alvanómetro. Para desvacón máxma de la auja (escala plena) debe crcular una corrente. Este valor de corrente que debe crcular para desvacón máxma (escala plana) nos da la sensbldad del aparato. Un alvanómetro ordnaro requere una corrente de 2 mcroamperos para desvarse a escala plena; y tene una resstenca nterna (resstenca de la bobna móvl ) de 75 Ohmos. Para medr correntes mayores se emplea una resstenca colocada en paralelo con la bobna llamada resstenca shunt de tal manera que por la bobna solo crcula una fraccón de la corrente total, la necesara para que se desvíe a escala plena. sí este nstrumento se llama amperímetro. Se debe conectar en sere. Como la espra posee una resstenca fja, la deflexón de la auja debe ser proporconal a la caída de potencal entre sus extremos, por lo cual podemos usar el alvanómetro como un nstrumento para medr caídas o dferencas de potencal, o voltajes. Para medr voltajes mayores se conecta la bobna en sere con una resstenca. sí este nstrumento se llama voltímetro. Se debe conectar en paralelo. Se consdera un amperímetro deal aquel que al conectarse en un crcuto para medr correntes no produzca nnuna caída de potencal entre sus bornes. Esto snfca que un amperímetro deal tendría una resstenca nula. Un voltímetro deal no debe extraer nnuna corrente al crcuto, por lo tanto debe tener resstenca nfnta. Los nstrumentos de medda reales NUNC alcanzan estas stuacones deales. El alvanómetro se caracterza por do parámetros: su resstenca nterna y la corrente necesara para desvar la auja al valor máxmo de la escala, ESCL PLEN. Se nota como y sus undades de medda son mpere. La sensbldad que es dada en las especfcacones del nstrumento es ésta corrente dvdda por el número de dvsones de la escala. Se nota como K y su undad es de mpero por dvsón. UNVLLE 2

3 2. NSTUMENTOS DE MEDCÓN ELÉCTC 2. Meddas de Para las meddas de e y Fura. Galvanómetro y sus elementos. del Galvanómetro se utlza el crcuto de la F. 2. La resstenca representa la resstenca nterna del alvanómetro, y una resstenca varable; es una resstenca de valor fjo, pero se puede conectar y desconectar al crcuto a través de un nterruptor. es la fuente de poder varable, V, el voltaje leído entre los bornes de la fuente de poder con un voltímetro dtal. Para un valor de dado, con la resstenca desconectada, cuando crcule la corrente necesara para desvacón a máxma escala, el voltaje entre los bornes de V salda de la fuente de poder será y de acuerdo con la ley de Ohm está dada por la expresón: V () Cuando conectamos la resstenca, la corrente a través de dsmnuye, para este nuevo crcuto se tene, de acuerdo con las leyes de Krchhoff, para cada malla: donde ahora V ' ' (2) por lo cual la auja del alvanómetro no tendrá la máxma deflexón. nos 3 FÍSC

4 GU PÁCTCS DE ELECTOMGNETSMO Fura 2. Esquema de un crcuto para la determnacón de la resstenca nterna del alvanómetro y la constante K del resorte. Podremos hacer que llamaremos 2 MX UNVLLE 4 s cambamos el valor de a un nuevo valor que. Con estas condcones y combnando las ecuacones () y (2) se tene que: (3) Uso del Galvanómetro como un Voltímetro Consdérese un alvanómetro con una escala de N dvsones, la corrente que desvía la auja a escala plena posee un valor de KN, la caída de potencal entre los bornes del alvanómetro cuando crcula este valor de corrente será V. sí que el alvanómetro puede ser usado para leer voltos. La preunta es: Cómo medmos voltajes mayores a V? En la F. 3 se muestra un esquema de una resstenca V en sere con el alvanómetro G. Entre los extremos a y b hay una caída de potencal, V ab, producda cuando crcula en el alvanómetro una corrente ual a. sí, cuando la dferenca de

5 2. NSTUMENTOS DE MEDCÓN ELÉCTC potencal entre los puntos a y b sea ual a escala plena -correspondente al valor resstenca V V ab, la auja en el alvanómetro se desvará a. Es decr, la combnacón en sere de la y el alvanómetro actúa como un voltímetro cuyo valor a escala plena es V ab Fura 3. Conexón del alvanómetro G y v para ser usados como voltímetro. a y b son los bornes del voltímetro. De esta forma: esolvendo la anteror ecuacón se tene que: V ab (4) v v V ab Esta últma expresón se puede utlzar para calcular el valor de la resstenca conocendo parámetros y (5) para una escala del voltímetro hasta el valor V ab. V, 2.3 Uso del Galvanómetro como un mperímetro La auja del alvanómetro adquere su máxma deflexón cuando la corrente que crcula por él es KN. La preunta que nos hacemos ahora es Cómo podemos medr correntes mayores que la corrente? Para hacer esto podemos ubcar una resstenca pequeña en paralelo con el alvanómetro G, como se presenta en el esquema de la F. 4. La corrente pasa por el punto c y se dvde en dos correntes, una corrente pasa por el alvanómetro y otra corrente que pasa por la resstenca, de este modo seún la ley de Krchoff. Como esta en paralelo con la caída de potencal en ambas es la msma, es decr. Cambando ambas expresones se tene que: ( ) (6) Entonces cuando la auja del alvanómetro ra a escala plena y podemos leer la corrente, la corrente que crcula entre los puntos a y b. S deseamos medr una corrente >, calculamos la resstenca a partr de la ecuacón (6): 5 FÍSC que

6 GU PÁCTCS DE ELECTOMGNETSMO Fura 4 Conexón del Galvanómetro G y para ser usado como amperímetro. Esto además favorece la conexón en sere del amperímetro, esto es, su resstenca debe ser lo más baja posble, dealmente ual a cero. 3. DSEÑO EXPEMENTL 3. Materales y Equpos. Fuente de voltaje de V a 2 V; - 2 mperos (Phywe) 2. esstenca varable en decadas (Phywe). Corrente máxma, 7 m. Ver especfcacones de la caja de resstencas, F Galvanómetro. 4. Cables de conexón: 2 de 5cm rojos, 2 de 5cm nero, de 5 cm azul, 2 de 2cm café. 5. Multímetro 6. esstenca del valor que se le asne. No olvdar medr este valor. 7. eóstato de a 2 kω. 3.2 Montaje 3.2. Para las meddas de y del alvanómetro, se monta el crcuto mostrado en la fura Tener en cuenta las especfcacones de la caja de resstencas resumdas en F Para la conversón del alvanómetro en voltímetro, se monta el crcuto mostrado en la fura 6 (a) Para la conversón del alvanómetro en amperímetro, se monta el crcuto mostrado en la fura 6 (b). (7) UNVLLE 6

7 2. NSTUMENTOS DE MEDCÓN ELÉCTC F. 5 Especfcacones caja de resstencas de alta precsón. 4. Procedmento y nálss 4. Meddas de e del Galvanómetro. Consne en su tabla de datos el Valor N de las dvsones de la escala del alvanómetro y el valor de. 2. ealce el montaje de la F. 2, con la resstenca desconectada del crcuto. juste la resstenca varable, a un valor de 25 (ó el que le asne el (la) profesor (a), que llamaremos. juste la salda de corrente de la fuente, a un valor de,2. Lea y tena en cuenta las especfcacones de la caja de resstencas resumdas en la F umente MUY SUVEMENTE la salda de voltaje de la fuente hasta que el puntero del alvanómetro marque el valor máxmo en la escala. Escrba en la tabla los valores de y el voltaje de la fuente meddo con el voltímetro. Se nota como V. 4. Conecte la resstenca de 3. 3K o el valor que se le asne. Varíe el valor de la resstenca varable hasta que nuevamente obtena la máxma deflexón de la auja en la escala del alvanómetro; este nuevo valor de se llama 2. Llévelo a la tabla. 5. Dsmnuya a cero el valor de la salda del voltaje de la fuente () y desconecte la resstenca. 6. Cambe el valor de a un nuevo valor que se dference en más de 3 del anteror, ó a los que el (la) profesor (a) le asne. 7 FÍSC

8 GU PÁCTCS DE ELECTOMGNETSMO 7. epta los pasos 3,4 y 5 para cuatro valores dferentes de 8. ealce las ráfcas de V vs y de vs. partr de la pendente de las curvas, m y m2 respectvamente, y de acuerdo con las ecuacones () y (3), obtena los valores de y. 9. Calcule los errores absolutos en la medda de los valores de alvanómetro.. Haa un análss de sus resultados. 4.2 Conversón del Galvanómetro en Voltímetro. Con ayuda de la ecuacón (5) determne el valor de 2 V. e del para que a desvacón máxma el voltaje ndque su profesor (a). Calcular y llenar las casllas correspondentes en la tabla ealce el montaje expermental de la F. 6 (a). Coloque en el valor calculado en el paso anteror. Nuestro voltímetro es ahora el alvanómetro con la resstenca v. Pda verfcacón de la conexón. Cerre el crcuto. 3. Varíe lentamente la salda de la fuente de voltaje (empezando desde cero) hasta alcanzar el valor de V (o el valor ndcado por el (la) profesor(a)) leído con el voltímetro de calbracón. Escrba en la tabla 2. el valor N ndcado por el Galvanómetro. 4. Como la auja del Galvanómetro no va a marcar la máxma desvacón, varíe hasta obtener que la auja del alvanómetro ndque la máxma desvacón. Lea en la caja de resstencas este valor y consínelo en la tabla 2. Calcule la dferenca entre el valor calculado y el real, así como la dferenca porcentual y consne esos valores en la tabla de datos epta el proceso para 2.V, 4.V y 6.V (ó los valores que le ndque su profesor (a)). 6. Tena en cuenta el error al medr sus datos tanto con el alvanómetro como con el voltímetro. 7. En el análss de sus datos, explque por qué al dsmnur el valor de V aumenta la deflexón de la auja del alvanómetro. 8. Dscuta en su nforme a qué atrbuye la dferenca entre los valores calculados con el alvanómetro y los reales. V ab a ser meddo con el alvanómetro sea ual a V (o los valores que le 4.3 Conversón del Galvanómetro en mperímetro. Por medo de la ecuacón (7) determne el valor de la resstenca para usar el Galvanómetro como un amperímetro cuyo máxmo valor de corrente sea de. m, ó el valor que su profesor (a) le ndque. Consne el valor calculado a la tabla de datos 3 2. ealce el montaje de la F. 6 (b). Tena el crcuto aberto (no conectar el cable que va al borne postvo de la fuente). La fuente de poder la utlza en modo de fuente de corrente; esto es, en el panel de control pone en cero el dal para, y en máxmo el dal para V. V V UNVLLE 8

9 2. NSTUMENTOS DE MEDCÓN ELÉCTC 3. Varíe lentamente la salda de la fuente de corrente, voltaje constante, empezando desde cero, hasta alcanzar el valor dado, en el paso, leído en el amperímetro de calbracón. Lea y consne en la tabla 3 el valor N que mde el alvanómetro. 4. epta el paso anteror para, m,,5 m,. m y 5 m, ó los valores que su profesor (a) le ndque. (c) (d) Fura 6 (a) Crcuto para el uso del Galvanómetro ( ) como voltímetro con una resstenca V en sere con. (b) Crcuto para el uso del Galvanómetro ( ) como amperímetro con una resstenca en paralelo con. El amperímetro es de calbracón. Para controlar la corrente hay un reóstato ( a 2 kohm) de seurdad. Daramas de conexón del Galvanómetro como voltímetro (c) y como amperímetro (d). 5. Tena en cuenta el error al medr sus datos tanto con el alvanómetro como con el amperímetro. 6. En la dscusón de sus resultados explque a qué atrbuye la dferenca entre los valores leídos con el alvanómetro y con el amperímetro de calbracón. 9 FÍSC

10 GU PÁCTCS DE ELECTOMGNETSMO BBLOGFÍ DE CONSULT [] Físca tomo,.. Serway, cap. 28, 3 ra edcón. Edtoral Mc. Graw Hll [2] Físca, Paul Tpler, 4ª edcón W.H. Freeman and co. [2] Físca Para Cencas e nenería, Tomo 2; Cap. 33 (Campo Manétco), Hallday - esnck, Edtoral CECS. UNVLLE

11 2. NSTUMENTOS DE MEDCÓN ELÉCTC 2. NSTUMENTOS DE MEDCÓN - TBLS DE DTOS Fecha: Practca: Profesor: sstente: Nombres: Códo: Plan: Tabla. Meddas de y K del Galvanómetro Voltaje (V) esstenca () esstenca 2 () 25 Número de dvsones en la escala del Galvanómetro N = esstenca = ± Pendente m= ± = ± Pendente m2= ± G= ± Tabla 2. Conversón del Galvanómetro en voltímetro Voltaje a escala plena (ó valores dados por el V 2V 4V 6V profesor) V Calculado (Ohm) Lectura sobre el alvanómetro (en dvsones) V expermental (desvacón a escala plena) Maren de error absoluto Maren de error relatvo Tabla 3 Conversón del Galvanómetro como amperímetro mperaje a escala plena (ó valores dados por.5 m, m,5 m 5 m el profesor) Calculado (Ohm) Lectura sobre el alvanómetro (en dvsones) expermental (desvacón a escala plena) Maren de error absoluto Maren de error relatvo FÍSC