Laboratorio IV. 2018-3-26. Docente: James Andrés Barrera Moncada
PARAMETROS DE UN GALVANOMETRO Y CONSTRUCCION DE UN VOLTIMETRO parameters of a galvanometer and construction of a voltmeter RESUMEN Esta práctica se utilizó un galvanómetro, un voltímetro de leybod, un multímetro digital, una resistencia variable variable para la construcción construcción de un voltímetro con los parámetros de un galvanómetro de acuerdo a la teoría estudiada y a los conceptos básicos. básicos. El primer procedimiento fue medir los parámetros parámetros de un galvanómetro, en el que que se utilizó un circuito eléctrico para medir la corriente máxima luego se montó los otros circuitos eléctricos para medir la resistencia Rg. Finalmente se construyó construyó tres voltímetros con valores diferentes indicados por el el docente en el que se utilizó los parámetros del galvanómetro encontrados.
JOSÉ LUIS ALBERTO TORRES Lic. en Matemáticas y Física. Código: 7.556.055
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MANUEL MAURICIO MONTENEGRO Ingeniería Física. Código: 1.088.282.241
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Palabras clave: Galvanómetro, Voltímetro, Intensidad de Corriente, LUIS GUILLERMO CARMONA PATIÑO
Sensibilidad, Resistencia Interna.
ABSTRACT This practice was used a galvanometer, a leybod voltmeter, a digital multimeter, a variable resistance for the construction of a voltmeter with the parameters of a galvanometer according to the theory studied and basic concepts. The first procedure was to measure the parameters of a galvanometer, in which an electrical circuit was used to measure the maximum current, then the other electric circuits were mounted to measure the resistance Rg. Finally, t hree voltmeters were constructed with diffe rent values indicated by the teacher in which the parameters of the galvanometer found were used.
Lic. en Matemáticas y Física. Código: 18610992
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Keywords: Galvanometer, Voltmeter, Current Intensity, Sensitivity, Internal Resistance.
OBJETIVOS •
•
•
Medir los parámetros de un galvanómetro: es decir su resistencia interna, la corriente de plena escala y su sensibilidad. Convertir un galvanómetro en un voltímetro que permita realizar mediciones en los rangos de: a)0,0 V…4,0V , b) 0,0V.. 0,0 V...5, .5, 0V y c) 0,0 V...6,0V, V...6,0V, u otro valor sugerido por el prof esor conectando conec tando una resi stencia sten cia en serie en cada caso con el galvanómetro (Resistencia (Resis tencia multiplica multiplicadora: dora: m ). Verificar experimentalmente el valor de la resistencia multiplicadora necesaria para convertir el galvanómetro en un medidor de voltaje de un alcance especificado.
1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Galvanómetro: Un galvanómetro es un dispositivo electromecánico que detecta y mide pequeñas intensidades de corriente en un circuito cerrado además puede puede ser adaptado adaptado para medir su propia magnitud ya que que es un transductor transductor analógico electromecánico que tiene como función producir deformación de rotación en una aguja en respuesta de la intensidad de corriente a través de una bobina interna.
Parámetros de un Galvanómetro Los parámetros de un galvanómetro permiten identificar que corriente está circulando y como es su comportamiento en un circuito eléctrico. Existe tres parámetros importantes que se debe tener en cuenta en un galvanómetro, la sensibilidad, la corriente en plena escala, y el número máximo de divisiones.
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PARAMETROS DE UN GALVANOMETRO Y CONSTRUCCION DE UN VOLTIMETRO
Sensibilidad: es un parámetro que se define como el cociente entre la corriente de plena escala y el número máximo de divisiones presentes en el dispositivo a usar. S : es la sensibilidad del galvanómetro
Corriente de plena escala: Imax = Ipe es la corriente máxima o de plena escala.
Número máximo de divisiones:
los terminales donde esta abierto el circuito se inserta el elemento ( resistencia ó pila.) a través del cual se medirá el voltaje V es la resistencia x , Rm multiplicadora, G el galvanómetro y R g es la resistencia interna del galvanómetro, allí es claro que:
Con estas variables se puede hallar la sensibilidad del galvanómetro.
S
ecuación (2)
I max =
ecuación (3)
N
ECUACION (1) Voltímetro: Dispositivo que permite realizar la medición de la diferencia de potencial o tensión que existe entre dos puntos pertenecientes a un circuito eléctrico. El voltímetro, por lo tanto, revela el voltaje (la cantidad de voltios). Los voltímetros tienen que contar con una resistencia eléctrica elevada para que, al ser conectados al circuito para realizar la medición, no generen un consumo que lleve a medir la tensión de manera errónea
Construcción de un Voltímetro: Para construir un voltímetro a partir de un galvanómetro es necesario insertar en serie con el galvanómetro una resistencia muy alta Rm (resistencia multiplicadora). La resistencia multiplicadora Rm puede ser calculada una vez conocida la resistencia interna del galvanómetro R g y la corriente requerida I pe para producir la desviación de plena escala del instrumento. La escala del instrumento construido es lineal, lo cual puede ser verificado mediante el análisis del siguiente circuito:
Donde S es la sensibilidad del galvanómetro, según se definió en la ecuación y además, como I pe = Imax , por tanto VX=S (R m + R g)n Ecuacion(4) En la última ecuación (Vx en función de n) como se ilustra en la gráfica siguiente, establece una relación lineal entre estas variables y además se consideran otros valores Vmax = S(R m+R g) N, (por extrapolación).
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Vx cubre todo el rango especificado de valores de voltaje que se pueden medir con el voltímetro diseñado en el laboratorio de tal manera que 0 < V x ≤ Vmax De la anterior gráfica se desprende que
Ecuación(5) relación que implica que conocido el voltaje máximo en el rango escogido, el número máximo N de divisiones del galvanómetro y el número n de divisiones que se deflecta la aguja en una medida real, podremos conocer el voltaje registrado ó leído por el voltímetro diseñado. Nótese una vez más que la relación entre Vx y n es lineal. Además si en la ecuación V x = I (R m + R g), y llega a ser igual a la corriente de plena escala I pe, obviamente Vx = Vmax
Ecuación(6) De donde
Ecuación(7) Como puede verse en la ecuación anterior, la resistencia multiplicadora puede calcularse conocidos los parámetros del galvanómetro y el voltaje máximo en el rango especificado.
2. PROCEDIMIENTO Medición de los parámetros de un galvanómetro: Se montó el circuito eléctrico de la figura 1 de acuerdo a los conceptos básicos con el fin de medir la corriente de plena escala I pe del galvanómetro. En este circuito s e ut i l i z ó un a r e si s t e n c i a v a r i a b l e l l a m a d o reóstatos con valor nominal superior a 2500 Ω, se utilizó el galvanómetro de leybod y u na fuente de alimentación DC inicialmente en 0 volt.
(figura 1) Se encendió la fuente y cuidadosamente se movio el dial hasta que la aguja del galvanómetro se ubico en una posición intermedia de la escala. Se inicio el movimiento del cursor del reóstato desde la posición que indica el máximo valor de resistencia cuidadosamente, hasta aquella en la cual la aguja sobre la escala del galvanómetro llegue ha su posición máxima posible. Luego se cambio la escala del galvanómetro este caso se utilizo una escala de -15 hasta 15, pero se tuvo en cuenta la parte positiva con una división de 20. Se tomo el valor máximo de escala de la corriente máxima I pe (plena escala) del galvanómetro, luego se tomo el amperímetro donde la aguja de éste se posicione alrededor de la división central para tomar la corriente que necesita para hallar la sensibilidad del galvanómetro de acuerdo con lo definido en la ecuación (1). Para medir la resistencia interna del galvanómetro R g R, V , instalamos el circuito de la figura 2, donde G, y R g ya han sido descritos anteriormente y R sh (Resistencia shunt ó puente) es un reóstato que permite medir indirectamente la resistencia del galvanómetro; S 1 y S 2 que funcionan como interruptores son dos conductores que se interrumpen. Con el interruptor S 1 cerrado y el S 2 abierto lleve la aguja del galvanómetro nuevamente a la posición de plena escala. Con los interruptores S 1 y S 2 cerrados movemos el cursor de la resistencia shunt hasta que la aguja del galvanómetro tome la posición de media escala; en estas condiciones la resistencia del galvanómetro R g es igual a la resistencia R sh.
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medimos y verificamos con el voltímetro análogo Leybold.
2. RESULTADOS Y DISCUSION
(figura 2) Medimos la resistencia R sh con un óhmetro profesional. El valor de R g coincide con el de R sh.
Diseño y construcción de un voltímetro: Determinamos analíticamente el valor de la resistencia multiplicadora, para los valores máximos de voltaje mediante la ecuación (7).
Los procedimientos realizados con los circuitos respectivos a las figuras anteriores arrojaron unos resultados experimentales que serán expuestos y tabulados apropiadamente en este apartado:
Tabla 1. Corriente a Plena Escala según el circuito de la Figura 1.
30.2 Ω
Tabla 2. Resistencia Interna del Galvanómetro medida según el circuito de la Figura 2.
=( )− …4,0v
Verificamos experimentalmente el valor de la resistencia multiplicadora R m, calculada en la instrucción anterior para los rangos de valores sugeridos de voltaje considerados como voltajes máximos V max : 4,0 V ;
9.3 m
…5,0v
5,0 V y 6,0 V mediante el circuito siguiente.
…6,0v
n 5 9 15 19 3
vteorico 1 1.8 3 3.8 0.75
vPractico Rm
7
1.75
1.8
12
3
3.5
17
4.25
4.5
8
2.4
2.6
14
4.2
4.6
17
5.1
5.6
19
5.7
6.3
1.34
400 Ω
2.1 3.6 4.3 1
507.4 Ω
615 Ω
Tabla 3. Tabulación de la Resistencia Multiplicadora (figura 3)
calculada para cierto Voltaje máximo y el Voltaje medido correspondiente a dicha Resistencia según la Figura 3.
N=Rango=20 Con el montaje del circuito de la figura 3 (que es el voltímetro diseñado V d ), medimos los voltajes desde los terminales de la fuente Phywe para varios valores de voltaje dentro de cada rango calculado y además
= S=465
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a. Discuta los resultados tabulados en la Tabla 3. y explique las diferencias y/o similitudes y calcule el error absoluto de las medidas registradas.
De esta manera se comprende que la escala apropiada para una medición sería la más baja posible sin que dicha medición supere el valor máximo del rango de la escala.
R// Se logra observar una proximidad entre los datos
f. ¿Explique cuál sería el valor de la resistencia interna de un voltímetro ideal y argumente su respuesta?
calculados experimentalmente, se puede ver que hay una tendencia en el Rm, los valores suben aproximadamente de 100 en 100.
R// La resistencia ideal de un voltímetro sería infinita, b. ¿Es posible medir con un óhmetro profesional la resistencia interna de un galvanómetro? Sustente su respuesta. R// No es usualmente posible medir la resistencia interna de un galvanómetro debido a que los terminales de la resistencia interna no son accesibles a un óhmetro profesional. c. Explique las consecuencias de conectar un voltímetro equivocadamente en un circuito (análisis circuital si se conecta en serie con la resistencia) para medir caídas de tensión. R// La consecuencia de conectar un voltímetro equivocadamente en un circuito, o bien sea en serie con la resistencia, sería que la medición del voltímetro sería correspondiente al voltaje entregado por la fuente, y no la caída de tensión dada por la resistencia, que sería el dato que usualmente se querría obtener. d. Determine la incidencia de la resistencia interna de un voltímetro en la medida de un voltaje especificado. Si requiere medir la resistencia interna de su voltímetro, utilice un óhmetro profesional. R//La incidencia de la resistencia interna de un voltímetro en la medida del voltaje especificado viene reflejada en la escala de medición del voltímetro, pues como se identificó en la práctica, la Resistencia Multiplicadora del voltímetro construido es directamente proporcional al valor del Voltaje máximo a medir por el voltímetro
debido a dos razones principales. En primera instancia se tiene que, dada la ecuación para Resistencias Multiplicadoras de la práctica de laboratorio se tiene que esta es directamente proporcional al Voltaje máximo a medir, así que se podría realizar mediciones a voltajes de cualquier calibre comprendiendo este concepto. En adición, al reconocer que el voltímetro se conecta en paralelo con la resistencia, los cálculos para una resistencia equivalente incluye la sumatoria de los inversos de las resistencias comprendidas por la asociación de resistencias en paralelo, de tal manera que al tender la resistencia del voltímetro a infinito, su inversa tendería a cero, impidiendo trastornos sobre la resistencia equivalente correspondientes a la resistencia sobre la que se medirá la caída de potencial, obteniendo así una medición de mayor precisión.
CONCLUSIONES
Se concluyó que los datos experimentales son los adecuado para la construcción de un voltimetro . El galvanómetro es un instrumento de medida muy exacto lo cual hizo que se encontrar los parámetros teóricos con facilidad. Los datos obtenidos en cada proceso y medición coincidían en cada grupo, realizando ajustes pertinentes por variaciones en las resistencias, por lo que se puede concluir que los resultados eran exactos o al menos precisos durante todo el procedimiento.
BIBLIOGRAFÍA
e. Para medir la caída de potencial en los terminales de una resistencia ¿es indiferente emplear cualquier escala de un voltímetro? ¿Es confiable ésta medida?
http://www.clubse.com.ar/newsletter/news17/notas/nota0 2.htm, 13 IX 2009; 6:00 p.m.
R// No es indiferente emplear cualquier escala de un
http://www.labc.usb.ve/mgimenez/Lab_Circ_Electronico s_Guia_Teorica/Cap6.pdf, 13 IX 2009; 6:30 p.m.
voltímetro para medir la caída de potencial en los terminales de una resistencia debido a la falta de precisión que implica una escala más alta de lo necesario, y el desprecio de magnitudes altas en escalas menores a la útil. Se sobreentiende la poca confiabilidad de una medida con escala incorrecta.
http://es.scribd.com/doc/5870085/cap6AMPERIMETRO-VOLTIMETRO-OHMETRO-yMULTIMETRO
