INFORME DE LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
EXPERIENCIA:
MANEJO DE INSTRUMENTOS ELÉCTRICOS
ALUMNOS:
CASTRO ASTOCONDOR JOSEPH ANTHONY - 142322593 CRUZ RODRIGUEZ RAUL ANGELO - 1423225605
PROFESOR:
FELIX J. ACEVEDO POMA
GRUPO HORARIO: 91G FECHA: MESA:
08/09/2017
3 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 2017 – B B
Manejos de instrumentos eléctricos
a. Objetivos:
Conocer los elementos, dispositivos y aparatos utilizados en los experimentos del laboratorio de Física. Comprender y valorar el significado del error en las medidas físicas. Determinar la sensibilidad de cada instrumento de medición. Calcular y clasificar los errores en las mediciones realizadas con estos instrumentos. Implementar las medidas de seguridad que se deben tomar en cuenta al manipular los dispositivos electrónicos. Interpretar el comportamiento de la corriente eléctrica en conexiones de circuitos serie, paralelo y mixto. Analizar la relación existente entre el voltaje y la corriente en un circuito eléctrico.
b. Experimento: a. Modelo físico: El Amperímetro: El amperímetro mide específicamente intensidades de corriente eléctrica. El amperímetro se instala siempre en serie con el elemento cuya intensidad se desea conocer.
Figura 1. Simbología del amperímetro. Clases de amperímetro:
Amperímetro analógico (instrumento utilizado en clase): Son instrumentos de amplio uso aún en la actualidad, que miden y presentan el valor de la corriente por medio de una aguja que se ubica en el número o la fracción del valor presentado en un panel de indicación.
Amperímetro digital: Con los instrumentos digitales se eliminan los errores de lectura, ya que las mediciones se visualizan en una pantalla a través de un número y como las partes mecánicas móviles se han sustituido por circuitos electrónicos, también se minimiza el desgaste y se obtienen mediciones exactas de la intensidad tanto para corriente continua como alterna con escalas seleccionables según el modelo.
La Resistencia: Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico. Son conocidos como “resistencias”.
Figura 2. Simbología de la resistencia. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima y diferencia de potencial máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Tiene un cuerpo cilíndrico de uno a dos centímetros de longitud, con un segmento de alambre a cada lado. En su superficie tiene tres o cuatro bandas de colores, igualmente espaciadas, más cercanas a uno de los extremos. Si sujetamos la resistencia con la mano izquierda, por el lado donde están las bandas de colores, podemos deducir su valor si sabemos el número que representa cada color. Significado de las bandas de colores de una resistencia:
Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor. La tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final del resistor. La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica su confiabilidad
El Reóstato: Un reóstato (o reóstato) es un resistor de resistencia variable. Es por tanto un tipo constructivo concreto de potenciómetro que recibe comúnmente este nombre en vez del de potenciómetro al tratarse de un dispositivo capaz de soportar tensiones y corrientes muchísimo mayores, y de disipar potencias muy grandes.
Figura 3. Simbología del reóstato. Usos del Reóstato:
Como Divisor de Voltaje o Potenciómetro: Permite obtener una tensión de 0 voltios hasta el voltaje de la fuente. Como Resistencia Variable: se utiliza como una resistencia variable dejando libre uno del punto fijo; varia la corriente mediante el reóstato y se debe tener cuidado de no sobrepasar el valor de la corriente que es capaz de soportar, en las posiciones de poca resistencia el reóstato se calentaría y podría quemarse. Para evitarlo se recomienda conectar una resistencia de protección en serie al reóstato.
Fuente de alimentación: Dispositivo electrónico que convierte la tensión alterna en una tensión prácticamente continua.
Figura 4. Simbología de la fuente de alimentación. Partes de una fuente de alimentación: Transformador de entrada. Rectificador a diodos. Filtro. Regulador lineal.
Multitester: El multímetro ó polímetro es un instrumento que permite medir diferentes magnitudes eléctricas. Así, nuestro multímetro nos permite medir:
Tensiones alternas y continuas Corrientes alternas y continúas Resistencias
Hay modelos que también permiten la medida de otras magnitudes como capacidades, frecuencias, etc. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida). Estos son indicados para medir la corriente AC y DC, resistencia, temper atura, test diodo, transistor y continuidad. Están incluidos tanto el indicador de rango completo de sobretensión como el de batería baja. Voltímetro: Es un instrumento destinado a medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito. Los voltímetros se suelen construir utilizando un microamperímetro (o galvanómetro) como aparato base al que se añade en serie una resistencia.
Figura 5. Simbología del voltímetro. Clases de voltímetro:
Voltímetro analógico: Dispositivo que mide y presenta el valor medio del voltaje, mediante una aguja que se ubica en el número o la fracción del valor medio presentado en un panel de indicación. Voltímetro digital: Este tipo de aparatos cuentan con características de aislamiento bastante considerables, para lo que utilizan circuitos de una gran complejidad, en lo que respecta a su comparación con el voltímetro tradicional.
b. Diseño:
Figura 6. Circuito del segundo laboratorio de física II. c. Materiales:
Figura 7. Fuente de alimentación
Figura 8. Voltímetro.
Figura 9. Amperímetro.
Figura 10. Reóstato.
Figura 11. Multímetro.
Figura 12. Cables conductores.
d. Rango de trabajo:
Fuente de alimentación: 0 – 30 V Reóstato: 0 – 50 Ω Voltímetro: 0 – 60 V Amperímetro: 0 – 60 mA
e. Procedimiento:
Primero ubicamos los equipos y materiales en la mesa en la cual se realizara el experimento. A continuación comprobamos que la aguja de los instrumentos se ajusten a cero. Luego pasamos a diseñar el circuito indicado en el laboratorio de física II. Después realizamos las medidas requeridas con las diferentes escalas que requiera cada instrumento.
Resistencia de color Amarillo violeta negro dorado Marrón negro negro dorado Naranja naranja marron dorado Marron negro amarillo dorado Amarillo violeta amarillo dorado Marron negro marron dorado Verde negro rojo dorado Amarillo violeta rojo dorado Marron verde rojo dorado Marron negro amarillo dorado
Valor con colores 47x10^-1+-5%
Valor con multímetro 46.6 ohm
10x10^-1+-5%
10.7 ohm
33x10^1-1+-5%
330.45 ohm
10x10^4+-5%
99.7k ohm
47x10^4-1+-5%
469k ohm
10x10^1+-5%
10.7k ohm
5x10^3+-5% 47x10^-1+-5%
5.96k ohm 4.76k ohm
15x10^-1+-5% 10x10^5+-5%
1.52k ohm 999k ohm
f. Variables independientes y dependientes: 1. Variables independientes:
Fuente de alimentación: Brinda la energía eléctrica al circuito. Reóstato: Modula la energía eléctrica que pasa por el circuito.
2. Variables dependientes:
Voltímetro: Mide la diferencia de potencial en el circuito. Amperímetro: Mide la intensidad de corriente eléctrica en el circuito. Multitester: Cumple diferentes funciones de medida en un circuito.
g. Datos directos e indirectos: 1. Datos directos: Tabla No 2
R 1 = 10 ohms
fcc1 = 1.44 voltios
ESCALA
1
2
3
4
5
6
V
30 : 0.5
30 : 0.5
12 : 2
6 : 4.8
6 : 4.8
12 : 2
A
0.6 : 0.11
1.2 : 0.02
1.2 : 0.02
1.2 : 0.02
0.6 : 0.11
0.6 : 0.011
Tabla No 3
R 2 = 30 ohms
fcc1 = 1.44 voltios
ESCALA
1
2
3
4
5
6
V
30 : 1
30 : 1
12 : 1.08
6 : 1.16
6 : 1.16
12 : 1.02
A
0.6 : 0.1
1.2 : 0.01
1.2 : 0.02
1.2 : 0.01
0.6 : 0.01
0.06 : 0.01
2. Datos indirectos: Tabla No 2
ESCALA
PROMEDIO
Voltios (V)
0.93
Intensidad (A)
0.0553
Resistencia
16.82
Calculando Error Absoluto de V:
± = 0.93± 0.023
Calculando Error Porcentual de V:
Teórico = 1.33
Experimental = 0.93
0.93| ∗ 100 % = |1.331.33 % = 30.08%
Calculando Error Absoluto de I:
Calculando Error Porcentual de I:
̅ ± = 0.055± 5.16 ∗ 10−
Teórico = 1.33/10 = 0.133 Experimental = 0.0553
0.0553| ∗ 100 % = |0.1330.133 % = 58.42%
Calculando Error Absoluto de R:
Calculando Error Porcentual de R:
± = 16.82 ±0.432
Teórico = 10 Experimental = 16.82
% = |10 1016.82| ∗ 100 % = 68.2% Tabla No 3
ESCALA
PROMEDIO
Voltios (V)
1.09
Intensidad (A)
0.027
Resistencia
40.44
Calculando Error Absoluto de V:
Calculando Error Porcentual de V:
± = 1.09± 0.019
Teórico = 1.33 Experimental = 1.09
1.09| ∗ 100 % = |1.331.33 % = 18.05%
Calculando Error Absoluto de I:
Calculando Error Porcentual de I:
̅ ± = 0.027± 2.75 ∗ 10−
Teórico=1.33/30= 0.044 Experimental =0.027
0.027| ∗ 100 % = |0.0440.044 % = 38.64%
Calculando Error Absoluto de R:
Calculando Error Porcentual de R:
± = 40.44 ±6.371
Teórico = 30 Experimental = 40.44
% = |30 3040.44| ∗ 100 % = 34.8% h. Análisis Experimental:
Ajuste por mínimos cuadrados: De la Tabla No 2:
Sumatoria Ʃ
I
V
I*V
I2
0.0551
1
0.0551
0.00303601
0.0552
0.98
0.054096
0.00304704
0.0553
0.95
0.052535
0.00305809
0.0554
0.85
0.04709
0.00306916
0.0554
0.9
0.04986
0.00306916
0.0554
0.9
0.04986
0.00306916
0.3318
5.58
0.308541
0.01834862
Para obtener la ecuación: y = mx + b En nuestro caso: V = mI + b
Primero calculamos m:
= ƩƩƩ 2 2
Ʃ Ʃ
= 6∗ (0.3085) (0.3318) ∗5.58 2
6∗0.01830.3318
= 412.5
Luego calculamos b:
2ƩƩƩ Ʃ = 2 Ʃ Ʃ2
= (0.0183) ∗ (5.58) (0.3085) ∗0.3318 2 = 23.741
6∗0.01830.3318
Entonces nuestra ecuación lineal seria:
= .+ .
Comprobando mediante EXCEL:
V(I)
y = -412.5x + 23.741 R² = 0.8508
1.04 1.02 1 0.98 0.96 0.94
V
0.92
Linear (V)
0.9 0.88 0.86 0.84 0.05505
0.0551
0.05515
0.0552
0.05525
0.0553
0.05535
0.0554
0.05545
De la Tabla No 3:
I
V
I*V
I2
0.015
1.12
0.0168
0.000225
0.025
1.12
0.028
0.000625
0.025
1.1
0.0275
0.000625
0.032
1.1
0.0352
0.001024
Sumatoria Ʃ
0.032
1.1
0.0352
0.001024
0.032
1
0.032
0.001024
0.161
6.54
0.1747
0.004547
Para obtener la ecuación: y = mx + b En nuestro caso: V = mI + b
Primero calculamos m:
= ƩƩƩ 2 2
Ʃ Ʃ
= 6∗ (0.1747) (0.161) ∗6.54 2
6∗0.00450.161
= 3.4827
Luego calculamos b:
2ƩƩƩ Ʃ = 2 Ʃ Ʃ2
= (0.0045) ∗ (6.54) (0.1747) ∗0.161 2
6∗0.00450.161
= 1.1835 Entonces nuestra ecuación lineal seria:
= .+ .
Comprobando mediante EXCEL:
V(I)
y = -3.4827x + 1.1835 R² = 0.2697
1.14 1.12 1.1 1.08 1.06
V
1.04
Linear (V)
1.02 1 0.98 0
i.
0.01
0.02
0.03
0.04
Cuestionario: 1. ¿Qué fuentes de error han afectado sus resultados? Clasificarlos. Según su porcentaje de error: Vatímetro Voltímetro Amperímetro Reóstato No se encuentra calibrado: Vatímetro Voltímetro Amperímetro Inestabilidad en la medida obtenida: Reóstato Fuente de alimentación 2. ¿Por qué debe conectarse un voltímetro en paralelo a una porción del circuito cuya diferencia de potencial se desea medir?. Un voltímetro debe conectarse en paralelo porque posee una resistencia interna alta y eso hace que no consuma corriente y no dar medidas erróneas de tensión. 3. ¿Por qué debe conectarse un amperímetro en serie a un circuito?.
El amperímetro debe conectarse en serie porque la corriente debe circular a través de ella y es por ello que debe tener una resistencia interna muy baja con la finalidad que no haya caída de tensión. 4. ¿Qué tipo de perturbación inducirá a un circuito un amperímetro cuya resistencia sea alta? ¿Sería exacta la medición? ¿Por qué?. Si la resistencia del amperímetro es alta abría una caída de tensión en el circuito. No sería exacta, porque la resistencia del amperímetro se conectaría en serie con la resistencia del circuito y consumiría un voltaje. Para tener una medida exacta del circuito la resistencia del amperímetro debe de ser igual a cero. 5. Un voltímetro cuya resistencia es baja, ¿podría medir con precisión la diferencia de potencial en los extremos de una resistencia alta?. Explicar. No, porque sí el voltímetro tiene una resistencia baja, formaría parte del circuito y ambos estarían en paralelo así el voltaje se compensaría en ambas resistencias. Cuando la resistencia del voltímetro es alta genera mucha opción al paso de la corriente y así la corriente viaja por la resistencia de menor ohm o de menor oposición al paso de la corriente. 6. ¿Qué sucede internamente en un voltímetro cuando se cambia la escala de voltaje mediante el selector de escalas? Explicar. Internamente el voltímetro posee una resistencia multiplicadora, la cual al mover el selector de escalas nos da la suma de dichas resistencias internas ampliando o disminuyendo su valor. 7. ¿Qué sucede internamente en un amperímetro cuando se cambia la escala mediante el selector de escalas?. Internamente el amperímetro posee una resistencia de derivación, lo cual al mover el selector de escalas nos da un producto sobre una suma de resistencias internas en el amperímetro, resultando así su resistencia muy pequeña. 8. Señalar tres precauciones más importantes que consideren conveniente tener en cuenta al realizar los laboratorios de Física II.
Los instrumentos del laboratorio deben ser usados con cuidado y no ser expuestos a golpes o caídas, ni manipularse fuertemente. El circuito armado debe ser examinado por el profesor, ya que el aprobara antes de conectarse a la fuente de voltaje o corriente. Evitar tocar los instrumentos con la mano durante la medición, puesto que el instrumento al no ser examinado puede causar un grave accidente.
9. Determinar el valor de las resistencias (en ohmios), cuyos colores son: Tabla #9. Valor de las siguientes resistencias. Marrón - negro - rojo - plateado 1000 ± 10% Verde - negro - dorado 5 ± 5% Amarillo - verde - dorado - dorado 4,5 ± 5% Marrón - negro – plateado 0,1 ± 10% 10. Si la aguja del voltímetro analógico está indicando 7.5 líneas y luego 112 líneas, ¿cuáles son las posibles lecturas de medición, si las escalas máximas de voltaje están en las posiciones 0.75, 3, 15 y 75?. Seria entre 15 y 75, ya que la aguja va variando la medida indicada en el rango de 7.5 a 112. 11. Se conecta un alambre a un terminal de una batería y el otro extremo se deja libre. ¿Pasará corriente por el alambre? Explique su respuesta. No, porque para que exista flujo de corriente antes debe de haberse cerrado el circuito. Si en el caso que uno quiera experimentar tocando el conductor le pasará corriente ya que el cuerpo humano se comporta como conductor y haría tierra (0 V) para prevenir esto se sugiere tener zapatos aislantes. 12. ¿Por qué debe estar cerrado un circuito para que fluya una corriente constante?. Si un circuito se abre en algún punto, ¿la carga eléctrica se reunirá en la abertura? ¿Por qué?. Al circuito al estar alimentado por una fuente de energía, tendrá una diferencia de potencial +y- , entonces para que exista la circulación de corriente de +a- , debe existir una carga conectada a los bordes ósea debe ser un circuito cerrado. Si un circuito se abre en algún punto, la energía se acumulara en la parte que está conectada a la fuente de electricidad siempre y cuando se tratase de un circuito de corriente alterna. j. Conclusiones:
Los colores de las bandas de los resistores no indican la potencia que puede disipar, pero el tamaño que tiene el resistor da una idea de la disipación máxima que puede tener. Conocimos las características de los instrumentos de medición ya sea por el olor, palpándolo u observándolo. Para hacer uso del voltímetro se le coloca en paralelo con el elemento a medir (resistencia interna alta).
Para hacer uso del amperímetro se le coloca en serie con el elemento a medir (resistencia interna baja). Una mala conexión ya sea usando el amperímetro o voltímetro generaría una avería en la fuente de alimentación ya que podría generar un corto en la fuente.
k. Bibliografía:
Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de Medición, William D. Cooper, Editorial Prentice Hall Hispanoamerica S.A., Mexico, Publicación 2015, Páginas consultadas 53-75.
l. Enlaces:
http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Fuentes-alimentacion.php https://es.wikipedia.org/wiki/Resistor http://www.academico.cecyt7.ipn.mx/FisicaIV/unidad1/galvanometro.htm http://saberyhacer.com/instrumentos-electronicos.html
