Es un informe de laboratorio de fisica 200Descripción completa
Descripción completa
GALVANÓMETRO Y AMPERÍMETRO
1. EL GALVANÓMETRO 1.1 Definición y Características: • Es un aparato que se emplea para indicar el paso de corriente eléctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. • Se basa en los efectos magnéticos o térmicos causados por el paso de la corriente. •
Constituye el principal componente utiliado en la construcción de amperímetros y !oltímetros dada la característica esencial de un tipo com"n# conocido como GALVANÓMETRO D`ARSONVAL, cuya principal característica es producir la defle$ión de una agu%a cuando a tra!és de él circula una corriente continua# proporcional a la magnitud de la !ariable que se est& midiendo.
Figura 1: Galvanómetr D`Ar!nval
1.2 Elementos Básicos y Funcionamiento • •
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'a operación de este dispositi!o se basa en la interacción de una corriente eléctrica DC y un campo magnético fi%o. 'os E'E(E)*+S ,-SC+S son: / 0na bobina mó!il# a tra!és de la cual circula la corriente DC. / 0n im&n# que produce el campo magnético fi%o. / 0n resorte# cuya función es ser!ir de mecanismo equilibrador de la rotación de la bobina. / 0na agu%a indicadora su%eta a la bobina mó!il y una escala graduada mediante las cuales podemos realiar la lectura. En la igura 2 se obser!a la ubicación de estos elementos. 'a bobina mó!il se encuentra en el campo magnético fi%o producido por el im&n permanente.
1.2 Elementos Básicos y Funcionamiento •
En términos generales podemos e$plicar el funcionamiento del gal!anómetro de la siguiente forma: Si se coloca una bobina de tal manera que pueda girar libremente y la colocamos dentro de un im&n# la corriente que fluye por ella formar& polos magnéticos en sus e$tremos o sea# se con!ertir& en un electroim&n# ba%o esta circunstancia suceder& lo siguiente: El polo ) 3bobina4 ser& atraído por el polo S 3im&n4. El polo S 3bobina4 ser& atraído por el polo ) 3im&n4. Este efecto pro!ocar& un mo!imiento rotati!o en la bobina en el sentido de las agu%as del relo%# esto nos lle!a a pensar# que si la intensidad del campo magnético del im&n es fi%a# la fuera de rotación depender& de la intensidad del campo magnético producido por la corriente en la bobina.
Figura ': Mvimient &e la agu(a en el
1.2 Elementos Básicos y Funcionamiento •
En el gal!anómetro D56rson!al# a la bobina se le pro!eyó de una agu%a mó!il# la cual 7ace su indicación sobre una escala graduada# de la corriente circulante en su bobina. Se le pro!eyó también de un resorte que obliga a la agu%a a retornar a su posición de reposo o sea cero# cuando no 7ay corriente circulando por la bobina. 8 en general el &ngulo que gira la bobina mó!il 3y por lo tanto la agu%a indicadora4 es proporcional a la corriente que circula por el gal!anómetro.
Figura ): Angul genera& *r el mvimient &e la agu(a en un galvanómetr
1.3 Tipos de Galvanómetros En función al principio en que operan se los clasifica en:
o
Galvanómetr! magn+ti%! Galvanómetr! t+rmi%!
Galvanómetr! magn+ti%! Galvanómetr! &e -ierr móvil: Cuando dos barras del mismo material se colocan paralelas y se introducen en un campo magnético# ambas se imantar&n con las mismas polaridades# lo que origina que entre ellas se produca una fuera de repulsión. E$isten tres tipos que usan este principio: 9al!anómetro de paleta radial 9al!anómetro de alabes concéntricos 9al!anómetro de émbolo.
Figura .: Galvanómetr &e -ierr móvil
1.3 Tipos de Galvanómetros Galvanómetr &e *aleta ra&ial 'os medidores de paleta radial son pieas rectangulares que fueron introducidas como n"cleo en una bobina. 0na de las paletas est& fi%a y la otra puede girar libremente mediante un dispositi!o adem&s# a la paleta libre se le coloca la agu%a marcadora de la magnitud proporcional a su mo!imiento# lo que ocasiona la repulsión con la que est& fi%a.
Galvanómetr &e ala/e! %n%+ntri%!0 El funcionamiento del medidor de alabes concéntricos es similar al de paletas# sal!o la concentricidad de los alabes. Estos tendr&n una mayor captación de campo magnético. 0no de ellos# el e$terior# ser& fi%o# y el del centro# mó!il y contar& con la agu%a indicadora.
Figura : Galvanómetr &e ala/e!
1.3 Tipos de Galvanómetros Galvanómetr &e +m/l0 El otro tipo de émbolo mó!il consiste en un n"cleo mó!il de 7ierro que esta colocado# en su inicio# dentro de una bobina fi%a en su e$tremo e$terior se coloca la agu%a indicadora. Cuando por la bobina circula corriente se forma el campo magnético y atrae al émbolo# la fuera de atracción ser& proporcional a la corriente que produce el campo
Figura 4: Galvanómetr &e +m/l
Galvanómetr! T+rmi%! En el caso de los gal!anómetros térmicos# lo que se pone de manifiesto es el alargamiento producido# al calentarse por el Efecto ;oule al paso de la corriente# un 7ilo muy fino arrollado a un cilindro solidario con la agu%a indicadora. 'ógicamente el mayor o menor alargamiento es proporcional a la intensidad de la corriente. El medidor que combina ambas formas 3electromagnéticas y la térmica4# es el
2. EL AMPERÍMETRO 2.1 Definición y Características: •
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'lamamos amperímetro a cualquier aparato de medida que esté destinado a medir la intensidad de la corriente eléctrica. Su unidad de medida es el 6mperio >6? y sus Subm"ltiplos# el miliamperio y el micro/amperio# lo que indica que es capa de medir se@ales muy débiles. Aara efectuar la medida de la intensidad de la corriente# se conecta en serie con el receptor de corriente y se intercala en el conductor por el cual circula la intensidad de corriente que se 7a de medir.
Figura 15: Am*er6metr
Figura 11: 7ne8ión &el am*er6metr en !erie %n el %ir%uit
2.2 Diseño de un Ampermetro D! a partir de un Galvanómetro 2.2.1 Arincipio de Di!isor de Corriente: El dise@o de un amperímetro DC capa de medir corrientes dentro de un rango específico# se basa en la utiliación de un di!isor de corriente# como el mostrado en la igura 12. En el nodo 6 la corriente i se di!ide en dos: i1 e i2. Aor ley de Birc77off se tiene que cumplir: i i1 i2 adem&s 6, i1F1 i2F2 De las dos ecuaciones anteriores podemos deducir las siguientes relaciones: i 1 =
R 2 R 1 + R 2
i
i 2
=
R 1 R 1 + R 2
i
Ecuaciones que representan el principio de di!isor de corriente.
Figura 1": Divi!r &e %rriente
2.2 Diseño de un Ampermetro D! a partir de un Galvanómetro
2.2.2 Construcción de un 6mperímetro DC a partir de un gal!anómetro ba%o el principio de Di!isor de Corriente: Supongamos que disponemos de un gal!anómetro cuya corriente m&$ima es m y cuya resistencia interna es Fi# y queremos construir con él# un amperímetro capa de medir una corriente # donde Gm. Si colocamos el gal!anómetro en una de las ramas de un di!isor de corriente# obtenemos la configuración mostrada en la igura 1H. Donde: .m Figura 1': Galvanómetr en &ivi!r &e %rriente: Am*er6metr
=
R 1
R 1 + Ri
Aor lo tanto R 1 =
Ri .m I − .m
I
2.2 Diseño de un Ampermetro D! a partir de un Galvanómetro
2.2.H Deri!ación de ba%a resistencia Shunt
Figura 1): 7ne8ión &el re!i!tr S-unt 9R!
Aara dise@ar un amperímetro capa de medir corrientes entre I e >6?# a partir de un gal!anómetro cuya corriente m&$ima es m y cuya resistencia interna es Fi# conectamos en paralelo con dic7o dispositi!o una resistencia de !alor F1# denominada
Entonces si 7ay que medir intensidades mayores# se acopla una deri!ación de ba%a resistencia 3Fs4# lo m&s peque@a posible# a fin de que no produca una caída de tensión apreciable# el
2.3 Elementos Básicos y Funcionamiento •
En la figura 1J se muestra el esquema del amperímetro# que se 7a construido a partir de un gal!anómetro por tanto consta de los mismos elementos b&sicos e$puestos anteriormente# pero en este caso# 7ay una robusta resistencia eléctrica de muy ba%o !alor conectada en paralelo con el gal!anómetro.
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Su funcionamiento est& basado en uno de los principios fundamentales del electromagnetismo que en su forma m&s simple nos indica que cualquier corriente eléctrica que pasa por un 7ilo conductor produce un campo magnético alrededor del mismo 3similar al campo magnético de un im&n4#cuya fuera depende de la intensidad Figura 1.: E!;uema &el am*er6metr de la corriente que circule. Aueden disponerse diferentes resistencias y un robusto permutador para medir corriente en diferentes rangos# por esto un microamperímetro est& calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.
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2." Tipos de Ampermetros De acuerdo al criterio del tipo de corriente que se !a a medir tenemos los siguientes tipos de amperímetros:
Am*er6metr &e //ina móvil *ara %rriente %ntinua0 Am*er6metr ele%trmagn+ti% *ara %rriente alterna0 Am*er6metr &e -ierr móvil *ara %rriente! &ire%ta alterna0
Am*er6metr &e //ina móvil Aresentan una bobina mó!il que est& fabricada con un 7ilo muy fino 3apro$imadamente I#IJ mm de di&metro4 y cuyas espiras# por donde !a a pasar la corriente a medir# tienen un tama@o muy reducido. Aor todo esto# se dice que la intensidad de corriente# que !a a poder medir este tipo de amperímetro# !a a estar limitada por sus características físicas# por ello la escala de medida que se usa es miliamperios. Se usa solamente con corriente continua# ya que la corriente alterna 7aría
Figura 12: Am*er6metr! &e //ina móvil
2." Tipos de Ampermetros Am*er6metr Ele%trmagn+ti% Est&n constituidos por una bobina que tiene pocas espiras pero de gran sección. 'a potencia que requieren estos aparatos para producir una des!iación m&$ima es de unos 2 K. Aara que pueda absorberse esta potencia es necesario que sobre los e$tremos de la bobina 7aya una caída de tensión suficiente# cuyo !alor !a a depender del alcance que tenga el amperímetro. El rango de !alores que abarca este tipo de amperímetros !a desde los I#J 6 a los HII 6. 6quí no podemos usar resistencias en deri!ación ya que producirían un calentamiento que conlle!aría errores en la medida. Se puede medir con ellos tanto la corriente continua como la alterna. Siendo solo !&lidas las medidas de corriente alterna para frecuencias inferiores a JII L.
Am*er6metr &e -ierr móvil En este caso# la bobina es fi%a y no 7ay im&n fi%o que cause su giro. En su lugar# se fi%a un troo de 7ierro a la bobina y otro unido a una agu%a mó!il sobre un pi!ote. Cuando circula corriente por la bobina# ambos troos de 7ierro se transforman en imanes por el efecto magnético de la corriente# mutuamente se repelen# sin importar el sentido de dic7a corriente. 6l no importar el sentido de la corriente que circula# puede usarse para corriente continua y corriente alterna indistintamente.
