MATERIA: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO. ÁREA: INGENIERÍA. CUATRIMESTRE: CUARTO NOMBRE DEL ALUMNO: FECHA DE REALIZACIÓN: Página 1 de 18
PRÁCTICA No. 2 Conocimiento del Equipo Básico OBJETIVO: Conocer el multímetro, su principio de funcionamiento y forma de conexión, así como, las medidas de seguridad para su correcta utilización; la estructura interna de un tablero protoboard para facilitar su uso, el manejo de una fuente de alimentación y la estructura básica de un circuito eléctrico. NORMAS DE SEGURIDAD. Es necesario evitar portar objetos metálicos, tales como relojes o pulseras. EQUIPO DE SEGURIDAD. Bata. Lentes de protección (Googles) INVESTIGACIÓN PREVIA A) Defina: Fuente de alimentación, Corto circuito y Circuito Eléctrico. B) Explique brevemente las características de un multímetro. C) Cuáles son las medidas de seguridad para el uso apropiado del multímetro? D) Qué es un tablero protoboard y para que se utiliza? E) Cómo se conecta el multímetro para la medición de corriente? F) Cuáles son las causas por las que se puede dañar el fusible interno del multímetro? G) Cuáles son las causas por las que se puede dañar la fuente de alimentación? H) Explique la ley de Ohm. I) Qué es una resistencia y cuántos tipos de ellas existen? J) Cómo es el voltaje en un arreglo de resistencias serie y en un arreglo de resistencias en paralelo? K) Cómo es la corriente en un arreglo de resistencias serie y en un arreglo de resistencias en paralelo? L) Qué diferencia existe en un arreglo de capacitores en serie y en paralelo? Página 2 de 18
EQUIPO: 1 fuente de poder 1 cable de alimentación 1 protoboard 1 multímetro 2 cables banana-caimán 1 Juego de cables tipo telefónico MATERIAL (Proporcionado por el profesor) 1 Resistencia de 470 a 1/2w (Amarillo, violeta, rojo) 2 Resistencias de 1K a 1/2w (Café, negro, rojo) 1 Resistencia de 2.2K a 1/2w (Rojo, rojo, rojo) 1 Resistencia de 3.3K a 1/2w (Naranja, naranja, rojo) 1 Resistencia de 10K a 1/2w (Café, negro, naranja) 1 Capacitor de 0.22F (Cerámico 224) 1 Capacitor de 0.1F (Cerámico 104) 1 Capacitor de 0.047F (Cerámico 473) Página 3 de 18
MARCO TEORICO: Multímetro El multímetro es un instrumento de medición que puede medir varios parámetros eléctricos y electrónicos. La cantidad y precisión de dichas medidas dependerán de la marca y el modelo. Los parámetros más comunes son: Voltaje y corriente tanto de C.A. como de C.D. Resistencia, continuidad y prueba de diodos. Frecuencia, capacitancia, inductancia, temperatura, presión y prueba a transistores. Los multímetros se pueden clasificar en análogos y digitales; los análogos muestran su medición por medio de una aguja que se mueve sobre una gráfica en la que se encuentran los diferentes parámetros que se pueden medir y los rangos que esta tenga; en tanto que los digitales muestran dicha información en una pantalla de cristal líquido o display. El rango es un parámetro que define el intervalo de valores para los cuales esta acondicionado el instrumento, para llevar a efecto la medición y lograr una mayor precisión de esta. Para mejorar las condiciones de medición es necesario conocer las características del parámetro a medir, volts, amperes, ohms, etc., en particular tener una idea precisa de la cantidad que vamos a medir, lo que nos permite ajustar el rango adecuado. Cuando no se tiene la experiencia necesaria, es recomendable comenzar la medición con el rango más alto e ir reduciendo conforme sea necesario para poder obtener una lectura más precisa. Hoy en día, la mayor parte de los multímetros cuentan con la función de ajuste automático de rango, por lo que en estos casos solo será necesario seleccionar el parámetro requerido. A continuación se muestran los modelos con los que trabajará en este curso. Página 4 de 18
Protoboard. Los tableros protoboard son tarjetas para la realización de experimentos electrónicos, los cuales están constituidos por una gran cantidad de orificios o puntos de conexión, en los que se insertan los elementos o dispositivos electrónicos. Los puntos de conexión están interconectados de forma interna, formando grupos que tienen continuidad entre sí, pero aislados de otros grupos, de tal forma, que se facilite la conexión de los elementos para la formación de circuitos. Fuente de alimentación La fuente de alimentación es el dispositivo a través del cual obtendremos la energía necesaria para realizar los experimentos. En el laboratorio se cuenta con fuentes triples, contando con dos fuentes variables de 0 a 20 volts y una fija de 5 volts. Un factor importante a considerar, es la cantidad de corriente que puede suministrar la fuente, ya que en caso de excederla, la fuente se dañaría. Las fuentes que se tienen en el laboratorio cuentan con un LED rojo que indica dos posibilidades, que está excediendo la capacidad de la fuente o que está en corto, lo cual es el peor escenario, ya que tendrá que apagarse de inmediato y avisar al profesor o al laboratorista. FIGURA FUENTE DE VOLTAJE Página 5 de 18
Circuito eléctrico Un circuito eléctrico es un conjunto de componentes eléctricos conectados entre ellos por medio de conductores para formar un camino cerrado donde la corriente eléctrica pueda circular. Un circuito eléctrico incluye los elementos fundamentales: Fuentes Conductores Cargas La siguiente figura muestra un circuito simple compuesto por un generador de voltaje, una carga, conductores de conexión y un interruptor. Las fuentes cumplen la función de transformar energía de algún tipo en energía eléctrica. De acuerdo al tipo de transformación que realizan, las fuentes se dividen en: Generadores de tipo químico (las clásicas pilas usadas por ejemplo en radios, calculadoras, etc.) Generadores de tipo mecánico (dinamos y alternadores) Generadores eléctricos de tipo luminoso (foto-celdas y foto-diodos) Generadores eléctricos de tipo térmico (termocuplas). La carga absorbe la energía eléctrica y la transforma en energía de otro tipo, por ejemplo, las lámparas transforman energía eléctrica en luz y calor; los motores eléctricos transforman energía eléctrica en energía mecánica. Los conductores de conexión tienen, en cambio, la función de asegurar el pasaje de corriente entre el generador y la carga. El interruptor sirve para establecer o interrumpir la circulación de corriente del generador a la carga. Página 6 de 18
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA. MULTÍMETRO Actividad 1: Observe y describa el funcionamiento de cada una de partes siguientes del multímetro: Pantalla o Display. Selector de Funciones. Enchufes de Entrada. De forma breve, defina el significado y función de cada parámetro que posea un multímetro, así como, la forma en que debe conectarse para realizar cada medición. Página 7 de 18
Comprobación del estado de los fusibles del multímetro. Los fusibles son dispositivos de protección para evitar daños mayores al equipo. Están hechos de un material que presenta cierta resistencia al paso de la corriente y que se funde cuando se excede la cantidad para el cual fueron diseñados, abriendo el circuito. Para comprobar su estado se debe seguir el procedimiento indicado por el fabricante FIGURA: PRUEBA DEL FUSIBLE INTERNO Actividad 2: Describa el procedimiento para comprobar el funcionamiento del fusible en un multímetro Fluke Página 8 de 18
PROTOBOARD Actividad 3: Con el multímetro en función de continuidad y la ayuda de cable telefónico descubra como están interconectados los puntos de conexión del tablero protoboard y esquematícelo en la figura. Página 9 de 18
RRESISTENCIA La medición de resistencia se realiza por medio de un ohmiómetro, cuyo símbolo se representa en la figura: Para medir resistencia en el multímetro, éste, se coloca en la modalidad de ohmetro. Para medir la resistencia de un conductor o de un componente del circuito, es necesario que al menos una de sus terminales sea separada del circuito, por dos razones fundamentales: Evitar que la medición sea alterada por la presencia de otras resistencias. Evitar que el instrumento sea atravesado por la corriente del circuito que podría dañarlo. Página 10 de 18
Actividad 4: Con el multímetro en función de ohms mida el valor de cada una de sus resistencias, procure no tocar las resistencias ni los puntos de los cables del multímetro, con su cuerpo, ya que esto puede provocar errores en su medición. RESISTENCIA Amarillo, violeta, rojo Café, negro, rojo Rojo, rojo, rojo Naranja, naranja, rojo Café, negro, naranja VALOR Página 11 de 18
RESISTENCIA DE CONTACTO DEL CUERPO HUMANO. Toda materia o sustancia presenta una cierta oposición al flujo de corriente, a esta oposición se le conoce como resistencia. Los niveles de corriente que pueden circular por el cuerpo y sus efectos se muestran en la tabla siguiente: NIVEL DE CORRIENTE 1 ma Nivel de percepción EFECTO 5 ma Nivel máximo inofensivo 50 ma Dolor y posible inconsciencia 100-300 ma Falla cardiaca y probable muerte Actividad 5: En esta parte mediremos el valor de la resistencia de contacto que en este momento presenta su cuerpo. Sostenga ambas terminales del multímetro y seleccione el rango adecuado para obtener el valor de su resistencia. Anote este valor y repita el procedimiento para cada integrante del equipo. A continuación moje las manos levemente y repita el procedimiento anterior. Comente los valores obtenidos y anote sus observaciones al respecto. El valor de resistencia es el mismo para todas las personas? Por qué? Página 12 de 18
FUENTES DE ALIMENTACIÓN La medición de la fuerza electromotriz (FEM) y el voltaje se realizan con un voltímetro, cuyo símbolo se representa en la figura. v Cualquiera sea el tipo de instrumento que se use, analógico o digital, la medición se realiza conectando las terminales del voltímetro a las terminales del componente cuyo voltaje queremos medir. A este tipo de conexión se le llama en paralelo. Para que las cantidades que deben ser medidas en el circuito, no se alteren debido a la inserción del instrumento, es necesario que el voltímetro presente una muy alta resistencia. Para visualizar correctamente la cantidad medida, es necesario que, al insertar el instrumento, la terminal positiva (+) del voltímetro se conecte a la terminal positiva del componente. Al medir con un instrumento analógico es necesario tener en cuenta la polaridad, debido a que la aguja tiende a moverse en dirección opuesta a la medición, provocando graves daños al instrumento. Con los instrumentos digitales, en cambio, no es necesario tener en cuenta la polaridad, debido a que, en caso de invertir las terminales del voltímetro, aparece en pantalla el signo - en frente del valor numérico desplegado. Página 13 de 18
Actividad 6: Construye en el protoboard el circuito que se muestra en la siguiente figura. Del circuito de la figura anterior mide las caídas de voltaje en cada elemento. V V1 = V R1 = V R2 = V R3 = Ahora realiza los cálculos teóricos del circuito de la figura anterior (voltaje) y compáralos con los valores medidos. Cálculos Teóricos. V V1 = V R1 = V R2 = V R3 = Compare los resultados medidos y teóricos, anote sus conclusiones: Página 14 de 18
Actividad 7: Construye el circuito de la siguiente figura. Del circuito de la figura anterior mide las caídas de voltaje en cada elemento. V V1 = V R1 = V R2 = V R3 = Ahora realiza los cálculos teóricos del circuito de la figura anterior (voltaje, corriente y potencia) y compáralos con los valores medidos. Cálculos Teóricos. V V1 = V R1 = V R2 = V R3 = Compare los resultados medidos y teóricos, anote sus conclusiones: Página 15 de 18
Actividad 8: Construya el circuito de la siguiente figura. Del circuito de la figura anterior mide la las caída de voltaje en cada elemento. V V2 = V R3 = V R1 = V R2 = V R4 = V R5 = Ahora realiza los cálculos teóricos del circuito de la figura anterior (voltaje, corriente y potencia) y compáralos con los valores medidos. Cálculos Teóricos. V V2 = V R1 = V R2 = V R3 = V R4 = V R5 = Compare los resultados medidos y teóricos, anote sus conclusiones: Página 16 de 18
ARREGLO DE CAPACITORES Actividad 9: Mida la capacitancia real de cada uno de los capacitores y anote el valor obtenido. 104 224 473 Calcule la capacitancia teórica total de los circuitos. Construya los circuitos de las siguientes figuras. Calcule la capacitancia real total de los circuitos. Mida la capacitancia total real y compare la lectura con el valor calculado. Primer circuito con capacitores A C1 C2 B 0.22µF 0.1µF Capacitancia teórica calculada Capacitancia real calculada Capacitancia total medida Segundo circuito con capacitores A B C1 0.22µF C2 0.1µF C3 0.047µF Capacitancia teórica calculada Capacitancia real calculada Capacitancia total medida Tercer circuito con capacitores A C2 0.22µF C1 0.047µF C3 0.1µF B Capacitancia teórica calculada Capacitancia real calculada Capacitancia total medida Página 17 de 18
CONCLUSIONES DE APRENDIZAJE. RECURSOS BIBLIOGRÁFICOS. Serway, Raymond A. Electricidad y Magnetismo.Mexico, Mc Graw-Hill, 1997. Sears, Francis W./ Zemansky, Mark W. Física Universitaria.México, Adison Wesley Longman, 1998. Cheng, David K. Fundamentos de Electromagnetismo para Ingeniería.Mexico, Addison Wesley Longman, 1997. Resnick, Robert/Halliday, David. Física, Volumen 2.México, CECSA, 1997. Página 18 de 18