III. Aparatos de medición Voltímetro - Amperímetro - Ohmímetro Objetivos Conocer y manejar el multímetro digital para hacer mediciones de voltaje, corriente y resistencia en un circuito eléctrico que contiene resistencias óhmicas y una fuente de voltaje. Resumen Teórico Para medir diferencia de potencial, corriente y resistencia existe instrumentos denominados voltímetro, amperímetro y ohmímetro, respectivamente. Estos tres instrumentos se pueden montar en uno solo, denominado multímetro, del cual se muestra en la figura 1. Figura 1. Ejemplo de un multímetro digital con las sondas de medición conectadas a una fuente de voltaje Un voltímetro se construye conectando en serie una resistencia R s óhmica de un valor alto ( 20 kilo-ohmios) con la resistencia interna R g de un galvanómetro, como se muestra en la figura 2.
Figura 2. Esquema de las conexiones internas de un voltímetro. R s es mucho más grande que la resistencia interna R g del galvanómetro. Para medir la caída de potencial entre los extremos de una resistencia R, el voltímetro se conecta en paralelo con ella, como se indica en la figura 3. Debido a que la resistencia interna del voltímetro R s es mucho más grande que R, la corriente circula principalmente por R y por el voltímetro pasa solamente una pequeña fracción. Figura 3. Conexión en paralelo del voltímetro para medir el voltaje en la resistencia R. El amperímetro está constituido por un galvanómetro de resistencia interna R g a la cual se le conecta en paralelo una resistencia R a muy pequeña ( R a es del orden de los miliohmios ), como se muestra en la figura 4. Cuando se necesita medir la corriente que pasa por un circuito, el amperímetro se conecta en serie, como se ilustra en la figura 5. Puesto que la resistencia interna R a del amperímetro es muy pequeña comparada con la resistencia del galvanómetro, la mayor parte de la corriente circula por la resistencia R y por la resistencia R a, lo cual no altera el valor de la corriente del circuito.
Figura 4. Esquema de las conexiones internas de un amperímetro. R g es de unos 30 ohmios y R a tiene aproximadamente 1 miliohmio. Figura 5. El amperímetro A conectado conectado en serie con la resistencia transporta la misma corriente que circula por R. Debido a este diseño el amperímetro nunca debe conectarse en paralelo en un circuito. La fuente de voltaje entrega energía ( voltaje y, o, corriente ) a cualquier dispositivo eléctrico o electrónico: bombilla, estufa, transistor, etc. La figura 1 muestra una fuente de voltaje que permite variar entre 0 y 30 voltios.
Descripción del Experimento Montaje Haga el circuito de la figura 6 con las resistencias R 1, R 2, R 3 y R 4 conectadas en serie y en paralelo con la fuente de voltaje DC que se dan para la práctica. Antes de prender la fuente, haga revisar el circuito por el profesor. Figura 6. Circuito resistivo. H, O, L y K son puntos para medir voltajes. Procedimiento Nota: Este experimento se hace con el fin primordial de que el estudiante conozca y aprenda a manejar el multímetro digital y no para comprobar las leyes de Ohm, Kirchhoff y otras. Medida de voltaje en las resistencia 1. Prenda la fuente y suministre un voltaje al circuito 2. Gradúe el multímetro digital en la escala para medir voltios DC en el rango apropiado que permita leer el voltaje que suministra la fuente 3. Toque los puntos H y M simultáneamente con la punta de la sonda y lea en la pantalla del multímetro el valor de la caída de potencial V R1 en R 1. Haga el mismo procedimiento para medir las caídas de potencial en R 2, R 3 y R 4. 4. Mida el voltaje V a la salida de la fuente.
Medida de la Corriente en el Circuito 5. Con la fuente de voltaje apagada, intercale el multímetro digital en el circuito como se muestra en la figura 7 ( conexión en serie ). Haga revisar el circuito por el profesor. Figura 7. Conexión del multímetro en el modo de amperímetro para medir la corriente del circuito. 6. Gradúe el multímetro digital en la escala para medir amperios DC en el rango que permita leer miliamperios 7. Prenda la fuente de voltaje y lea en el amperímetro la corriente I que pasa por el circuito serie. 8. Intercale el amperímetro para medir la corriente que pasa por la resistencia R 3, como se muestra en la figura 8. Figura 8. Conexión del multímetro en el modo de amperímetro para medir la corriente que circula por R 3
9. Intercale el amperímetro apropiadamente para medir la corriente que pasa por las resistencias R 2 y R 4 Medida del valor óhmico de las resistencias 10. Apague la fuente, desconéctela de la red y separe todas las resistencias 11. Gradúe el multímetro digital en la escala para medir ohmios 12. Con el multímetro lea el valor óhmico de todas las resistencias por separado Discusión y Preguntas a. Cuando usted mide el valor óhmico de la resistencia R1, R2, R3, y R4, éstas no están conectadas a la fuente de voltaje. Sin embargo, el instrumento hace efectiva la medida. Explique en forma concisa por qué esto es así. b. Con la debida asesoría del profesor, mida el voltaje de la red eléctrica de 120 V - AC. c. Cómo haría usted para medir la corriente I AC en la red eléctrica de 120 V - AC?. No intente hacerlo con el multímetro: solamente discútalo Conclusiones