ESCUELA DE FÍSICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MEDELLÍN

LABORATORIO DE FÍSICA DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

PRÁCTICA N° 01 TEMA: EQUIPO DE MEDIDA Y ELEMENTOS ELÉCTRICOS 1. OBJETIVOS

✓ Aprender a utilizar la fuente de voltaje.

✓ Aprender a usar un multímetro.

✓ Diferenciar valor nominal y valor real en:

● Resistencias eléctricas.

● Condensadores.

2. MATERIALES

✓ 1 Fuente de voltaje + un (1) cable de potencia.

✓ 1 Multímetro + dos (2) puntas de prueba o terminales.

✓ 7 Resistencias eléctricas.

✓ 7 Condensadores.

✓ 1 Potenciómetro.

3. MULTÍMETRO, FUENTE DE PODER, RESISTENCIAS ELÉCTRICAS Y

CAPACITORES

3.1. Multímetro

El multímetro es un equipo con el cual se puede realizar diferentes medidas eléctricas:

potencial, corriente, resistencia y capacitancia. El equipo consta esencialmente de:

➢ Dos puntas o terminales entre las cuales se hará la medida.

➢ Perilla selectora: permite seleccionar el tipo de medida a realizar, incluyendo la

escala de ésta; el valor que muestra cada posición de la perilla corresponde al

valor máximo que se puede medir en la respectiva escala.

➢ Pantalla: muestra las unidades en que está midiendo, el valor de la medida, y

en su parte inferior, dependiendo del tipo de medida a realizar, resalta los

respectivos bornes donde deben estar conectadas las dos puntas o terminales.

➢ Los bornes donde van las puntas o terminales que usualmente están en la

parte inferior del equipo.

Una imagen del modelo más común de multímetro que se utiliza en el laboratorio se

muestra en la Figura 3.

Figura 3. Multímetro.

Este modelo permite medir: voltaje AC y DC, corriente AC y DC, resistencia,

características de un transistor BJT, continuidad y capacitancia. En las sesiones de

laboratorio, se emplearán únicamente las funciones relativas a la medición de voltaje,

corriente, resistencia, capacitancia y continuidad.

Es necesario tener presente que el multímetro es un instrumento que emplea batería

interna para su funcionamiento, ya que para proyectar la información en la pantalla es

necesaria una fuente de energía; de igual manera y con excepción de las mediciones

de voltaje y corriente, las funciones listadas anteriormente necesitan proveer una señal

eléctrica al elemento que se va a analizar para obtener información del mismo.

IMPORTANTE

● Las mediciones de resistencia, capacitancia y continuidad; se realizan sobre

elementos sin conexiones a fuentes de energía externas, como baterías,

transformadores, tomacorrientes o fuentes de poder.

● Para evitar que se desgaste la batería, el sistema del multímetro integra una

función de apagado automático de la pantalla que se activa cada 15 minutos si

no registra actividad. Para activar nuevamente la pantalla, se debe oprimir

el botón de encendido dos veces.

3.2. Medida de diferencias de potencial eléctrico con el multímetro

Para realizar una medida de una diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, se

debe manipular el multímetro como sigue:

a) Encender o prender el multímetro. No olvidar que la pantalla tiene un

temporizador y se apaga cada 15 minutos si no hay actividad al interior del

multímetro.

b) Seleccionar en el dial el tipo de potencial eléctrico a medir:

i. Seleccionar la escala respectiva; tenga en cuenta que el valor que figura

en el dial corresponde al máximo valor que se puede leer en dicha escala.

ii. Utilizar VDC ( V ) si se va a medir voltaje en corriente continua (la salida

de una de las fuentes de voltaje del laboratorio o una pila o batería).

iii. Utilizar VAC ( V ) si se va a medir de voltaje en corriente alterna (aquella

que se encuentra normalmente en un tomacorriente de pared).

c) Con la ayuda del diagrama que aparece en la parte inferior de la pantalla,

conectar un terminal en cada borne del multímetro.

d) Colocar las puntas o terminales del multímetro en los dos puntos entre los

cuales va a realizar la medida.

e) Leer en la pantalla la respectiva medida.

3.3. Medida de otras cantidades eléctricas con el multímetro

Para realizar otro tipo de medida con el multímetro se debe proceder de una forma

muy parecida al caso anterior, y para ello siga las siguientes pautas:

a) Encender o prender el multímetro. No olvidar que la pantalla tiene un

temporizador y se apaga cada 15 minutos si no hay actividad al interior del

multímetro.

b) Seleccionar en dial el tipo de medida a realizar, teniendo en cuenta que para

el caso de las mediciones de corriente hay escala alterna y continua.

c) Seleccionar la escala respectiva; tenga en cuenta que el valor que figura en el

dial corresponde al máximo valor que se puede leer en dicha escala.

d) Con la ayuda del diagrama que aparece en la parte inferior de la pantalla,

conectar un terminal en cada borne del multímetro.

e) Colocar las puntas o terminales del multímetro en los dos puntos entre los

cuales va a realizar la medida.

f) Leer en la pantalla la respectiva medida y sus unidades.

3.4. Fuente de poder

Una fuente de poder es un elemento activo en un circuito eléctrico que provee la

energía para que este funcione y las características de su señal determinan la

funcionalidad que brinda dentro del sistema.

En algunas de las sesiones de laboratorio, se utilizará una fuente BK PRECISION

modelo 1671A como la que se muestra en la figura 4. Ésta es una fuente de voltaje

DC con una salida variable de 0 V a 30 V o salidas fijas de 5 V y 12 V. Otros tipos

comunes de fuentes DC son las pilas y los cargadores para celular.

Figura 4. Fuente de voltaje

3.5. Resistencia eléctrica

El término resistencia, en el caso de la electricidad, define la magnitud de la oposición

que encuentra la corriente en su paso a través de un circuito o de un segmento de

este. En consecuencia, algunos elementos han sido llamados “resistores o

resistencias” por desempeñar específicamente esta función dentro de un circuito.

La presentación comercial de una resistencia puede tener varios modelos, no

obstante, el que se utilizará para el desarrollo de las prácticas de laboratorio es el de

tipo película de carbón que emplea un código de colores para dar información sobre

sus características. En la figura 5 se presenta una imagen de una resistencia de esta

clase y la tabla 1 muestra el código de colores que se emplea para determinar su valor

nominal.

Figura 5. Resistencia de película de carbón

Tabla 1. Código de colores para resistencias

Color Valor

Numérico Multiplicador Tolerancia

Negro 0 1

Marrón 1 10 1 %

Rojo 2 100 2 %

Naranjado 3 1 000

Amarillo 4 10 000

Verde 5 100 000 0.50 %

Azul 6 1 000 000 0.25 %

Violeta 7 0.1 %

Gris 8 0.05 %

Blanco 9

Dorado 0.1 5 %

Plateado 0.01 10 %

Para efectuar la lectura del código de colores, se ubica la resistencia en posición

horizontal, tomando como referencia que la banda más espaciada del conjunto quede

al lado derecho. Luego se procede a realizar la interpretación del código tomando el

valor numérico que corresponde a cada color y su función de acuerdo a su posición

dentro del esquema de bandas como indica la figura 6.

Figura 6. Bandas de color en una resistencia

Ejemplo 1:

Determinar el valor de la resistencia mostrada en la figura 5.

Solución:

La figura presenta un patrón de bandas con los colores marrón, negro, amarillo,

dorado. En ese orden la lectura del código indica lo siguiente:

Primera cifra - Marrón, valor numérico 1

Segunda cifra - Negro, valor numérico 0

Multiplicador - Amarillo, valor numérico 10 000

Tolerancia - Dorado, valor numérico 5% sobre el valor nominal

Valor de la resistencia = 10 x 10 000 ± 0.05 (10 x 10 000) Ω

= 100 000 Ω ± 5 000 Ω

Por lo tanto, la figura 5 muestra una resistencia cuyo valor nominal es 100 000 Ω y

cuyo valor real puede estar entre 105 000 Ω y 95 000 Ω. El símbolo Ω indica la unidad

de medida de la resistencia y recibe el nombre de ohm, en honor del físico alemán

Georg Simon Ohm.

3.6. Capacitores

Otro tipo de componente utilizado en los circuitos eléctricos es el capacitor y su

función está determinada por la cantidad carga eléctrica que almacena en relación con

el voltaje aplicado sobre sus terminales, a esta relación se le da el nombre de

capacitancia y tiene como unidad de medida el farad (F).

Al igual que las resistencias, los capacitores tienen valores nominales que pueden ser

identificados por marcado directo de la etiqueta, código numérico o código de colores.

Para los capacitores que se utilizarán en el laboratorio, el valor nominal de su

capacitancia viene determinado mediante las dos primeras formas y son

esencialmente de dos tipos: capacitores polarizados y capacitores no polarizados.

Capacitores polarizados: tienen como característica principal el alto valor de

capacitancia que presentan, gracias al material dieléctrico utilizado en su fabricación.

Su conexión debe efectuarse respetando los signos de sus terminales, es decir vienen

identificados sus terminales de forma análoga como los trae identificados una pila o

batería.

En la figura 7 se muestra un capacitor electrolítico, que corresponde a la clase de

capacitores polarizados. Como puede observarse, en la parte inferior hay una

marcación con el signo menos (-) que indica la terminal que debe conectarse al menor

potencial. Los valores de capacitancia y voltaje se expresan literalmente, en este caso

indica un capacitor de 10 μF (10 microfarad) con un voltaje de operación máximo de

160 V.

ADVERTENCIA

Es muy importante que este tipo de capacitores se conecten de acuerdo a lo indicado

en sus especificaciones, de lo contrario, una conexión con polarización inversa o un

sobre voltaje en sus terminales, pueden hacer que el capacitor EXPLOTE.

Figura 7. Capacitores polarizados

Capacitores no polarizados: tienen valores de capacitancia relativamente pequeños

pero su funcionamiento no depende de la configuración de sus terminales. Un ejemplo

de este tipo de capacitor se presenta en la figura 8.

Figura 8. Capacitor no polarizado

El voltaje máximo de operación, el valor nominal y la tolerancia del capacitor se indican

con los valores de la segunda línea del capacitor. La explicación de su interpretación

se dará en el siguiente ejemplo.

Ejemplo 2:

Determine el valor de capacitancia reportado en la leyenda del capacitor de la figura 8.

Solución:

Los primeros dos dígitos indican la primera y segunda cifras, mientras que el tercero

es el exponente de la potencia de diez por la cual debe multiplicarse el factor anterior

para determinar su capacitancia. La tolerancia está dada por la letra que acompaña los

datos de capacitancia y corresponde a los valores indicados en la tabla 2. El voltaje

máximo de operación se expresa textualmente (250 V). Cuando el voltaje no se

expresa en forma textual, es necesario recurrir a la tabla 3 para interpretar las

indicaciones.

Primera cifra - 2

Segunda cifra - 0

Multiplicador - 105

Tolerancia - K, corresponde al 10% sobre el valor nominal

Valor de la capacitancia:

𝐶 =20 × 105

106 𝜇𝐹 ± 0.1 ×20 × 105

106 𝜇𝐹

Donde se ha dividido por 106 y de esta forma queda expresada la capacitancia

en microfarads (μF).

𝐶 = 2.0 𝜇𝐹 ± 0.2 𝜇𝐹

Tabla 2. Valores de tolerancia para capacitores.

Símbolo Valor

B 0.10 pF

C 0.25 pF

D 0.5 pF

E 0.5 %

F 1 %

G 2 %

H 3 %

J 5 %

K 10 %

M 20 %

N 30 %

Tabla 3. Voltaje máximo de trabajo de los capacitores.

Símbolo Valor

1H 50 V

2A 100 V

2D 200 V

2E 250 V

2G 400 V

2J 630 V

4. PROCEDIMIENTO

Encienda la fuente de voltaje y. varíe su voltaje de salida hasta obtener un valor igual a

10 V DC.

4.1. Medida de diferencias de potencial

a) Encender o prender el multímetro. No olvidar que la pantalla tiene un

temporizador.

b) Seleccione en el dial la escala respectiva (tenga en cuenta el valor de la

medida que espera y las pautas dadas arriba).

c) Colocar las puntas o terminales del multímetro en los bornes de salida de la

fuente respetando los signos (terminal positivo del multímetro en el borne

positivo de la fuente, ídem con el terminal negativo).

d) Leer en la pantalla del multímetro la respectiva medida (magnitud y unidades).

Anótela en la tabla 1.

e) Repita la medida pero cambiando la posición de los terminales del multímetro.

Anótela en la tabla 1.

f) Cuál es la diferencia entre la lectura en el literal d y e. De una razón de por qué

se presenta dicha diferencia.

g) Medir el voltaje de una batería. Anótela en la tabla 1.

h) Cambie la escala para medir el voltaje de uno de los tomacorrientes que

cuelgan cerca de su mesa de trabajo. Asegúrese de que la escala

seleccionada corresponde a VAC y confirme que al lado derecho de la pantalla

aparece las letras AC (por su sigla en inglés de Alternating Current) antes de

realizar la medida. Pregúntele al profesor o monitor si tiene alguna duda, antes

de proceder. Tome la medida y anótela en la tabla 1.

NOTA:

Al finalizar, apague la fuente y desconéctela.

4.2. Medida de continuidad

Cuando se afirma que hay continuidad entre dos puntos de un circuito se quiere

afirmar que dichos puntos están unidos “por un conductor de baja resistencia”. El

multímetro tiene una función para chequear dicha situación y la escala respectiva se

identifica porque tiene el símbolo de una nota musical, pues en dicha opción el equipo

activa una alarma sonora cada vez que haya continuidad entre los extremos de las

puntas del multímetro.

Encienda el multímetro; seleccionar con el dial la escala identificada con una nota

musical (medida de continuidad); chequee que las puntas del multímetro estén

conectadas a los bornes que muestra el esquema de la pantalla y:

a) Ponga en contacto los dos terminales del multímetro y luego los separa. Sonó

la alarma? Si lo hizo explique por qué.

b) Saque un elemento conductor de su bolsillo (monedas, llaves, lapicero con

imperdible, USB, argollas de llaveros, etc.) y coloque las puntas del multímetro

sobre diferentes zonas del elemento. . Sonó la alarma? Si lo hizo explique por

qué.

c) Utilice un potenciómetro (resistencia variable) y gire la perilla hacia el extremo

izquierdo. Identifique los terminales del potenciómetro y coloque en el terminal

izquierdo una punta de prueba del multímetro y la otra punta de prueba únala al

terminal central del potenciómetro. En esta situación la alarma de continuidad

sonara indicando que el potenciómetro tiene una baja resistencia entre los

terminales unidos a las puntas de prueba del multímetro.

Ahora gire lentamente la perilla del potenciómetro hacia la derecha hasta que

el multímetro deje de sonar. Reporte en la hoja de respuesta el valor en ohm

que muestra la pantalla del multímetro.

4.3. Medida de resistencia

Ubique el selector de funciones del multímetro en la escala para realizar la

medida de resistencia.

a. Teniendo en cuenta el código de colores lea el valor nominal de cada

una de las resistencias y anótalas en la Tabla 3.

b. Identifique la banda de color que da la tolerancia en cada una de las

resistencias y anote el respectivo valor en la Tabla 3.

c. Teniendo en cuenta el valor de la tolerancia de cada resistencia, calcule

el valor máximo y mínimo que podrá tener y anote los respectivos

valores en la Tabla 3.

d. Seleccione una resistencia y hacer contacto entre las puntas del

multímetro y las terminales de la resistencia de forma que a una punta

le corresponda una terminal.

e. Leer en la pantalla del multímetro la medida (magnitud y unidades) y

anótela en la Tabla 3.

f. Repita la medida pero cambiando la posición de los terminales del

multímetro. ¿Encuentra alguna diferencia?

g. Realice el procedimiento de los puntos d. y f. para las otras resistencias.

h. ¿Qué puede concluir de los valores medidos?

4.4. Medida de capacitancia

Ubique el selector de funciones del multímetro en la escala para realizar la

medida de capacitancia

a. Utilizando el código de lectura de capacitores, determine el valor

nominal de los mismos y anote los datos en la tabla 4.

b. Identifique la tolerancia y reporte su valor en la tabla 4.

c. Luego de establecer la tolerancia, defina los valores máximo y mínimo

de capacitancia.

d. Establezca contacto entre las puntas del multímetro y las terminales del

capacitor de forma que a una punta le corresponda una terminal.

e. Lea en la pantalla del multímetro la medida (magnitud y unidades) y

anótala en la tabla 4.

f. Repita la medida pero cambiando la posición de los terminales del

multímetro. ¿Encuentra alguna diferencia?

g. Realice el procedimiento de los puntos a. y b. para los demás

capacitores.

h. ¿Qué puede concluir de los valores medidos?

Antes de abandonar el laboratorio LLENAR LA HOJA DE RESPUESTA Y ENVÍELA

POR MOODLE USANDO EL RESPECTIVO ENLACE. Si sus respuestas están

acordes con lo encontrado en el laboratorio y debidamente justificadas espere un buen

resultado.

Documento elaborado por:

Esteban González Valencia Luis Ignacio Londoño Ramírez

Tatiana Cristina Muñoz Hernández

Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín

Última revisión: Julio/2015

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LABORATORIO DE FÍSICA DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

PRÁCTICA N° 01 TEMA : EQUIPO DE MEDIDA Y ELEMENTOS ELÉCTRICOS

GRUPO N° DÍA: HORA: EQUIPO N°

DOCENTE:

MONITOR:

INTEGRANTES 1.

2.

1. Medida de diferencias de potencial eléctrico con el multímetro

Tabla 1. Valores de voltaje

Valor nominal Valor medido

Fuente DC (4.1.d)

Fuente DC (4.1.e)

Batería (4.1.g)

Tomacorriente (4.1.h)

Diga a que se debe la diferencia en los valores medidos en 4.1.d y 4.1.e

Si hay diferencia entre el valor medido y el valor nominal, de algunas razones que la justifiquen.

2. Medida de continuidad Valor de la resistencia del potenciómetro, inmediatamente deja de sonar el multímetro:

R = Ω ± Ω

3. Medida de los valores de resistencia

Tabla 3. Medida de los valores de resistencia

Código de colores Multímetro

Valor nominal Tolerancia Valor mínimo Valor máximo Valor medido

¿Los valores medidos de las diferentes resistencias están dentro del rango esperado?

¿El valor de la tolerancia si es un parámetro confiable para las resistencias?

4. Medida de los valores de capacitancia

Tabla 4. Medida de los valores de capacitancia

Código numérico Multímetro

Valor nominal Tolerancia Valor mínimo Valor máximo Valor medido

¿Los valores medidos de los diferentes capacitores están dentro del rango esperado?

¿El valor de la tolerancia si es un parámetro confiable para los capacitores?