Ingeniería En Energía

LABORATORIO DE FISICA III

MEDICIONES Y CIRCUITOS ELECTRICOS

I. OBJETIVOS

Utilizar correctamente el multitester como instrumento para medir: diferencia de potencial, intensidad de corriente y resistencia eléctrica.

Reconocer el valor de resistencias de acuerdo al código de colores y comprobarlo usando el ohmímetro.

Medir los parámetros eléctricos de un circuito resistivo en serie, paralelo y mixto.

II. FUNDAMENTO TEORICO

MEDICIONES ELECTRICAS

La importancia de los instrumentos eléctricos de medición es incalculable, ya que mediante el uso de ellos se miden e indican magnitudes eléctricas, como corriente, carga, potencial y energía, o las características eléctricas de los circuitos, como la resistencia, la capacidad, la capacitancia y la inductancia. Además que permiten localizar las causas de una operación defectuosa en aparatos eléctricos en los cuales, como es bien sabidos, no es posible apreciar su funcionamiento en una forma visual, como en el caso de un aparato mecánico.

La información que suministran los instrumentos de medición eléctrica se da normalmente en una unidad eléctrica estándar: ohmios, voltios, amperios, culombios, henrios, faradios, vatios o julios.

MULTIMETRO:Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.

Existen multímetros analógicos y multímetros digitales. Los multímetros analógicos son los más comunes por su sencillez, portabilidad y tamaño compacto. Además son más baratos que los multímetros digitales y resultan más convenientes de emplear en ciertas situaciones, por ejemplo cuando es necesario medir cambios de voltaje o de corriente.

En general, todos los multímetros analógicos emplean una bobina móvil la cual se encarga de desplazar una aguja. El montaje físico se conoce como cuadro móvil o instrumento de D´Arsonval y consta de una bobina de alambre muy fino arrollada sobre un tambor que se encuentra montado entre los polos de un imán permanente, cuando circula una corriente directa a lo largo de la bobina, el campo magnético generado por el paso de la corriente directa a lo largo de la bobina, el campo magnético generado por el paso de la corriente interactúa con el campo magnético del imán.

Blas Reyes Víctor Manuel

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Los multímetros digitales se caracterizan por poseer una pantalla numérica que da automáticamente la lectura con punto decimal, polaridad y unidad (V, A o *). En general, los multímetros digitales ofrecen mejor exactitud y resolución que los multímetros análogos y son más confiables y fáciles de usar. Vienen en una gran variedad de presentaciones y, además de voltaje, corriente y resistencia, en muchos casos pueden también medir frecuencia, capacitancia, inductancia otras cantidades eléctricas.

AMPERIMETRO

Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su unidad de medida es el Amperio y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-amperio. Los usos dependen del tipo de corriente, ósea, que cuando midamos Corriente Continua, se usara el amperímetro de bobina móvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagnético.

El Amperímetro de C.C. puede medir C.A. rectificando previamente la corriente, esta función se puede destacar en un Multimetro. Si hablamos en términos básicos, el Amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia paralela llamada Shunt. Los amperímetros tienen resistencias por debajo de 1 Ohmio, debido a que no se disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito energizado.

Un amperímetro siempre se coloca en serie en el circuito

Fig. N° 01: instalación del amperímetro

Blas Reyes Víctor Manuel

MULTIMETRO ANALOGICO MULTIMETRO DIGITAL

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VOLTIMETRO

Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de artefactos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general, dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.

Los voltímetros, en esencia, están constituidos de un galvanómetro sensible que se conecta en serie a una resistencia extra de mayor valor. A fin de que durante el proceso de medición no se modifique la diferencia de potencial, lo mejor es intentar que el voltímetro utilice la menor cantidad de electricidad posible. Lo anterior es posible de regular con un voltímetro electrónico, el que cuenta con un circuito electrónico con un adaptador de impedancia.Un voltímetro siempre se coloca en paralelo

Fig. N° 02: instalación del voltímetro.

OHMÍMETRO

El ohmímetro u óhmetro es un dispositivo que sirve para medir resistencias. Está integrado en un polímetro (o multímetro), siendo éste un aparato polivalente ya que también mide voltajes e intensidades de corriente, entre otras magnitudes.El óhmetro (encuadrado en un polímetro analógico) aplica, mediante una pila interna, una diferencia de potencial entre sus terminales cuando no existe en ellos ninguna resistencia y por ello  la aguja del aparato marca la máxima lectura. Cuando en los terminales se coloca la resistencia que se desea  medir se produce  una caída de tensión y la aguja se desplaza hacia valores inferiores, esto es, de derecha a izquierda. En el polímetro las escalas del voltaje e intensidad crecen de izquierda a derecha, mientras que la escala de resistencias lo hace al revés.La medición en el circuito siempre es en paralelo con respecto al elemento a medir.

Fig. N° 03: instalación del ohmímetro.

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RESISTENCIA ELECTRICA Y CODIGO DE COLORES

El componente electrónico más simple por su construcción y funcionamiento y más utilizado en los aparatos electrónicos, es el conocido como resistencia o resistor.

El término resistencia, considerado en un sentido general, es la oposición que se presenta a una acción. En electricidad y electrónica, resistencia es la oposición al paso de la corriente eléctrica.

Existen muchos aparatos en donde se utilizan las resistencias para convertir energía eléctrica en energía calorífica. Es el caso de las estufas, los hornos, las planchas, los calentadores de agua, etc.

En los aparatos electrónicos, las resistencias se encuentran en todo tipo de circuitos y su función principal es controlar el paso de la corriente.

Aspecto físico y símbolo de las resistencias

En la figura se puede observar el aspecto físico de los tipos más comunes de resistencias utilizadas en los aparatos electrónicos y los símbolos con los cuales se representan en los diagramas o planos.

Tipos de resistencias

Las resistencias están construidas con diferentes materiales resistivos, en diversos tipos, formas y tamaños dependiendo de su aplicación y se clasifican en dos grandes grupos, resistencias fijas y resistencias variables.

Resistencias fijas

A este grupo pertenecen todas las resistencias que presentan un mismo valor sin que exista la posibilidad de modificarlo a voluntad.De acuerdo con su material de construcción las resistencias fijas se clasifican en dos grandes grupos principales: Carbón

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Aspectos físicos de las resistencias

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alambre

Resistencias de carbón

Hay dos tipos de resistencias fijas de carbón, las aglomeradas y las de capa o película. En las aglomeradas, el elemento resistivo es una masa homogénea de carbón, mezclada con un elemento aglutinante y fuertemente prensada en forma cilíndrica. Los terminales se insertan en la masa resistiva y el conjunto se recubre con una resina aislante de alta disipación térmica.

Existe otro método de fabricación de las resistencias de carbón que consiste en recubrir un tubo o cilindro de porcelana con una capa o película de carbón, o haciendo una ranura en espiral sobre la porcelana y recubriéndola luego con la película de carbón, quedando parecida a una bobina. Estas son las resistencias de bajo vatiaje como las de 1/8, 1/4, 1/3, 1/2, 1 y 2 vatios.

Resistencias de alambre

Se construyen con un alambre de aleación de níquel y cromo u otro material con características eléctricas similares. El alambre se enrolla sobre un soporte aislante de cerámica y luego se recubre con una capa de esmalte vítreo, con el fin de proteger el alambre y la resistencia contra golpes y corrosión.

Son resistencias hechas para soportar altas temperaturas sin que se altere su valor. Por tanto, corresponden a los vatiajes altos como 5, 10, 20, 50 y más vatios.

El código de colores

Muchas veces nos habremos preguntado por qué algunas resistencias tienen unas bandas o líneas de colores alrededor de su cuerpo. Estas bandas tienen un significado específico determinado por un código especial llamado el código de colores.

Para las resistencias de alambre o de carbón de 1 vatio en adelante es fácil escribir el valor en su cuerpo, pero para las resistencias más pequeñas es muy difícil hacerlo ya que su tamaño lo impide.

Para las resistencias pequeñas de carbón y película de carbón, que son las más utilizadas en los circuitos electrónicos, existe un método de identificación muy versátil llamado el código de colores. Este método, que utiliza tres, cuatro o cinco líneas de colores pintadas alrededor del cuerpo de la resistencia, sirve para indicar su valor en Ohmios y su precisión.

El sistema de las líneas de colores resuelve dos problemas principalmente:

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Resistencia de carbón

Resistencias de alambre

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Sería demasiado difícil ver números grandes marcados en resistencias pequeñas. Por ejemplo: 1.000.000 ohmios en una resistencia de 1/4 de vatio no se vería muy bien.

Si la resistencia queda en cierta posición en el circuito, se taparía este número y no se podría leer su valor.

Las bandas de colores que tienen este tipo de resistencias alrededor de su cuerpo, parece que resuelven todos estos problemas. En este código, cada color corresponde a un número en particular. Hay dos códigos de colores para las resistencias de carbón. El de 3 o 4 bandas y el de 5 bandas.

Para leer el código de colores de una resistencia, ésta se debe tomar en la mano y colocar de la siguiente forma: la línea o banda de color que está más cerca del borde se coloca a la izquierda, quedando generalmente a la derecha una banda de color dorado o plateado.

Tabla N° 01 : código de colores para resistencias de carbón.

Blas Reyes Víctor Manuel

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Cuando leemos el código de colores debemos recordar:

1.La primera banda representa la primera cifra.

2.La segunda banda representa la segunda cifra.

3.La tercera banda representa el número de ceros que siguen a los dos primeros números. (Si la tercera banda es negra no hay ceros en el número, si esta banda es dorada se divide por 10 y si esta banda es plateada se divide por 100).

4.La cuarta banda representa la tolerancia. Esta es usualmente dorada que representa un 5%, plateada que es del 10%, café o marrón indica el 1%, el rojo indica un 2% y si no tiene banda es del 20%.

Tolerancia

Se ha mencionado que la cuarta banda indica la tolerancia de la resistencia. Esta tolerancia o precisión significa que el valor real no es necesariamente el mismo que indica el código. Un 10% de tolerancia significa que el valor real puede ser un 10% mayor o menor que el valor que indica el código.

Por ejemplo, para una resistencia de 10.000 ohmios con una tolerancia del 5% se puede tener en la práctica, cualquier valor entre 9.500 y 10.500 ohmios. El 5% de 10.000 es 500. Esta tolerancia se debe a la precisión del proceso de fabricación de esas resistencias ya que las máquinas depositan una capa ligeramente mayor o menor del compuesto resistivo.

Se fabrican resistencias con tolerancias del 20%, 10%, 5% (que son las más comunes), 2 %, 1%, 0.5 %,0.1 % y más.

El costo de las resistencias sube considerablemente a medida que su precisión aumenta. Debemos utilizar por lo tanto las resistencias más económicas posibles pero que no alteren la operación del circuito. Por lo general, para los circuitos y proyectos básicos se utilizan resistencias con una tolerancia del 5 %.

CIRCUITOS ELECTRICOS.

Un circuito eléctrico consiste de un conjunto de dispositivos, capaces de transformar la energía eléctrica en otra u otras formas de energía., estos dispositivos pueden estar asociados en serie, paralelo o una combinación de estos, siempre y cuando exista por lo menos una trayectoria cerrada por la cual fluya la corriente. De acuerdo al tipo de corriente que circula por el circuito este puede ser.

De corriente continua (CC) cuando la corriente en cualquiera de sus puntos circula siempre en la misma dirección.

De corriente alterna (CA) cuando la corriente en cualquier punto cambia su dirección alternativamente.

En esta práctica solo se analiza circuitos en corriente continua (CC).

De acuerdo a la configuración de sus componentes los circuitos en su configuración más simple pueden ser.

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CIRCUITO SERIE

Es un circuito en el cual sus componentes están dispuestos de forma que por todos ellos circule la misma corriente, tal como se muestra en la fig. 4.

Fig. N° 04: circuito en serie

De acuerdo a la ley de ohm, la diferencia de potencial entre los extremos de cada resistencia es:

V 1=I R1V 4=I R4V 2=I R2V 5=I R5V 3=I R3 ( 1 )

De acuerdo al principio de conservación de la energía la suma de las diferencias de potencial debe ser igual al voltaje aplicado:

E(V )=V 1+V 2+V 3+V 4+V 5 ( 2 )

Reemplazando (1) en (2) se obtiene:

E=I Re ( 3 )

Donde: Re=R1+R2+R3+R4+R5 ( 4 )

Re : se denomina resistencia equivalente del circuito.

CIRCUITO PARALELO

Es aquel circuito en el cual dos o más elementos se conectan de tal manera que están sometidos al mismo voltaje, como se muestra en la figura 5.

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Fig. N° 05: circuitos con resistencias asociadas en paraleloDonde las corrientes a través de cada resistencia son:

I 1=VR1I 2=

VR2I 3=

VR3

( 5 )

Considerando la conservación de la carga eléctrica se demuestra que la suma de las corrientes en las ramas es igual a la corriente total que pasa por la fuente E. I=I 1+ I 2+ I 3 ( 6 )

De (5) y (6) se demuestra que la resistencia equivalente del circuito paralelo cumple la siguiente función:

1Re

= 1R1

+ 1R2

+ 1R3

( 7 )

III. MATERIALES Y EQUIPO

Multitester analógico

Multitester digital

Fuente de tensión continua

Tablero de resistencias

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IV. PROCEDIMIENTO

A. USO DEL VOLTIMETRO

Instalar el circuito de la figura 4 (calibrar la tensión en los bornes de la fuente a 5 V).

Con el voltímetro proceder a medir el voltaje en cada una de las resistencias (elegir un rango y escala adecuada para una fácil lectura).

Anotar los resultados en la tabla N° 02.

TABLA N° 02

E(v) V1(v) V2(v) V3(v) V4(v) V5(v)5 1.1 1.6 0.9 1.2 0.08

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B. USO DEL AMPERIMETRO

Manteniendo el mismo voltaje en la fuente instalar el circuito mostrado en la figura 6

Fig. N° 06: circuito mixto (serie – paralelo)

Con ayuda del voltímetro medir el voltaje en cada resistencia. Anotar los valores en la tabla N° 03.

Cambiar el modo de funcionamiento del voltímetro a amperímetro y medir la intensidad de corriente a través de cada resistencia. Anotar los valores en la tabla N° 03.

TABLA N° 03

E(v) V1(v) V2(v) V3(v) V4(v) V5(v)

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5 1.28 1.28 1.6 2 2.5I(∆) I1 I2 I3 I4 I5

19.2 3.8 2.5 6.5 0.5 5.9C. USO DEL OHMIMETRO Y CODIGO DE COLORES

Apagar la fuente de tensión y retirar los cables de conexiones de tal manera que las resistencias queden totalmente aisladas una de otra.

De acuerdo al código de colores determinar el valor nominal (o teórico) de cada resistencia. Anotar los valores en la tabla N° 04.

Usando el multitester en modalidad de ohmímetro medir el valor real (experimental) de cada resistencia. Calibrar el ohmímetro antes de cada medida. Anotar sus valores en la tabla N° 04.

TABLA N° 04

R COLORES Rteo. (Ω) Rexp. (Ω)R1 Naranja, naranja, marrón, dorado 330 325R2 Amarillo, violeta, marrón, dorado 470 464R3 Rojo, verde, marrón, dorado 250 246

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R4 Naranja, blanco, rojo, dorado 3900 3850R5 Naranja, naranja, marrón, dorado 330 329

V. PROCESAMIENTO DE DATOS

Según los datos de la tabla N° 02, verificar si cumple la ecuación (2)

Sea: E (v) : voltaje suministradoVi (v) : voltaje de las resistencias

Por el principio de conservación de energía la suma de las diferencias de potencial debe sr igual al voltaje aplicado

E(V )=V 1+V 2+V 3+V 4+V 55V=1.1V +1.6V +0.9V +1.2V +0.08V

5V ≅ 4.88V

Teniendo en cuenta los valores experimentales de las resistencias, determinar la intensidad de corriente a través de cada resistencia del circuito de la figura 4 (usar datos de la tabla N° 02)

Para poder determinar la intensidad de corriente a través de las resistencias vamos a utilizar la siguiente relación que deducimos de la ecuación (1).

V=IR I=VR

I=V 1R1(exp)

I= 1.1V325Ω

I=3.385 X 10−3 A

I=V 2R1(exp)

I= 1.6V464Ω

I=3.448 X 10−3 A

I=V 3R1(exp)

I= 0.9V246Ω

I=3.659 X10−3 A

I=V 4R1(exp)

I= 1.2V329Ω

I=3.647 X10−3 A

I=V 5R1(exp)

I= 0.08V3850Ω

I=3.0 .78X 10−3 A

VI. BIBLIOGRAFIA

http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/resistencia.htm

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http://fismat.uia.mx/examen/servicios/laboratorios/fisica/pdf-practicas/FU2/Codigo%20de%20colores.%20TD.pdf

http://html.rincondelvago.com/instrumentos-de-medicion-de-tension-electrica.html

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