Laboratorio de Fisica III Informe N° 2.docx

UNMSM

S A C I S I F

Profesor:

Felipe Reyes

Integr Int egrante antes: s:

Icanaqué Ican aqué Espi nal, Pool Mendo Salazar, Carlos Manuel

S A I C N E I C E D D A T L U C A F

Balboa Huanca, Maritza Marleny Monge Hervias, Luis Martin Galindo Gutiérrez, Gutiérrez, Edward Criths Horario:

jueves de 2 a 4 p.m.

Fecha entrega:

15 – 09 - 2016

2016

INFORME N° 2 USO DE INSTRUMENTACION Y MATERIALES EN ELECTRICIDAD

UNMSM

Tabla de contenido 1.

INTRODUCCIÓN ............................................................. ..................................................................................................................... ........................................................ 2

2.

OBJETIVOS ...................................................................... ............................................................................................................................. ....................................................... 3

3.

MATERIALES ................................................................... .......................................................................................................................... ....................................................... 3

4.

PRINCIPIOS TEÓRICOS .............................................................. ........................................................................................................... ............................................. 5

5.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ................................................................... ....................................................................................... .................... 12

EXPERIMENTO N° 1 ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... 12 o

Medición directa de la corriente: ................................................................... .................................................................................... ................. 12

o

Medición indirecta de la corriente: ............................................................. ................................................................................. .................... 13

EXPERIMENTO N° 2 ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... 14 o

Calculo de resistencias (Código de Colores)........................................................... .................................................................... ......... 14

EXPERIMENTO N° 3 ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... 15 6.

CUESTIONARIO .............................................................. .................................................................................................................... ...................................................... 16

7.

RECOMENDACIONES: ............................................................... .......................................................................................................... ........................................... 19

8.

CONCLUSIONES ............................................................. ................................................................................................................... ...................................................... 19

9.

BIBLIOGRAFÍA ................................................................. ...................................................................................................................... ..................................................... 20

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1. INTRODUCCIÓN

El presente informe dará a conocer en forma detallada el procedimiento y recomendaciones a llevar a cabo para armar circuitos eléctricos para poder determinar voltaje e intensidad, además de un análisis de la función de cada instrumento que usaremos en el laboratorio durante el presente ciclo. Cuando empezamos los estudios sobre electricidad, tuvimos contacto con tres propiedades fundamentales: corriente eléctrica, resistencia y potencial eléctrico. El término corriente eléctrica está asociado a un flujo de carga a través del conductor. En el caso de los conductores metálicos este flujo de carga está asociado directamente al transporte de electrones que son transferidos de un punto de mayor potencial eléctrico para otro de menor potencial. Al atravesar un determinado material, la corriente de electrones sufre resistencia a su movimiento y, sorprendentemente, cada material presenta una resistencia diferenciada. Estas tres cantidades fundamentales están relacionadas entre sí por lo que conocemos como la Ley de Ohm, la cual nos dice que el flujo de electrones en un conductor (i) es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada. La constante de proporcionalidad entre las dos cantidades será la resistencia eléctrica del material. En otras palabras, bajo el efecto de una diferencia de potencial, cuanto menor la resistencia eléctrica del material, mayor será la corriente circulando a través del mismo y viceversa. El presente informe también presentará una parte teórica clara con la explicación concisa de lo que es una corriente eléctrica y la Ley de Ohm, además de conceptos y formas generales para la medición de la tensión, resistencia e intensidad de corriente.

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2. OBJETIVOS 

Conocer el manejo de instrumentos y materiales de uso corriente los experimentos de electricidad y magnetismo.



Conocer el área de operación de instrumentos y determinar sus lecturas.



Aprender a montar circuito sencillo y medición de Tensión y corriente eléctrica.



Identificación de los valores de Resistencia.

3. MATERIALES

Resistencia de Código de colores.

Caja de resistencias

Voltimetro

Switch (Interruptor)

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Reóstato

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Amperímetro

Galvanómetro

Fuente de Voltaje

Juego de Cables (banano y cocodrilo)

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4. PRINCIPIOS TEÓRICOS 

Corriente Eléctrica: La corriente eléctrica es la tasa de flujo de carga que pasa por un determinado punto de un circuito eléctrico, medido en Culombios/segundo, denominado Amperio. En la mayoría de los circuitos eléctrico de DC, se puede asumir que la resistencia al flujo de la corriente es una constante, de manera que la corriente en el circuito está relacionada con el voltaje y la resistencia, por medio de la ley de Ohm. Las abreviaciones estándares para esas unidades son 1 A = 1 C/s.



Medición de la tensión o voltaje: Para medir tensión o voltaje existente en una fuente de fuerza electromotriz (FEM) o e un circuito eléctrico, es necesario disponer de un instrumento de medición llamado voltímetro, que puede ser tanto del del tipo analógico como digital. El voltímetro se instala de forma paralela en relación con la fuente de suministro de energía eléctrica. Mediante un multímetro o “tester” que mida voltaje

podemos realizar también esa medición. Los voltajes bajos o de baja tensión se miden en volt y se representa por la letra (V), mientras que los voltajes medios y altos (alta tensión) se miden en kilovolt, y se representan por las iniciales (kV). UNMSM

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1. Voltímetro analógico. 2. Voltímetro digital. 3. Miliamperímetro analógico. 4. Amperímetro digital. El voltímetro siempre se conecta en paralelo con la fuente de suministro de fuerza electromotriz, mientras que el amperímetro y el miliamperímetro se colocan en serie. 

Diferencias entre la alta, baja y media tensión

-

Alta tensión. Se emplea para transportar altas tensiones a grandes distancias, desde las centrales generadoras hasta las subestaciones de transformadores. Su transportación se efectúa utilizando gruesos cables que cuelgan de grandes aisladores sujetos a altas torres metálicas. Las altas tensiones son aquellas que superan los 25 kV (kilovolt).

-

Media tensión. Son tensiones mayores de 1 kV y menores de 25 kV. Se emplea para transportar tensiones medias desde las subestaciones hasta las subestaciones o bancos de transformadores de baja tensión, a partir de los cuales se suministra la corriente eléctrica a las ciudades. Los cables de media tensión pueden ir colgados en torres metálicas, soportados en postes de madera o cemento, o encontrarse soterrados, como ocurre en la mayoría de las grandes ciudades.

-

Baja tensión. Tensiones inferiores a 1 kV que se reducen todavía más para que se puedan emplear en la industria, el alumbrado público y el hogar. Las tensiones más utilizadas en la industria son 220, 380 y 440 volt de corriente alterna y en UNMSM

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los hogares entre 110 y 120 volt para la mayoría de los países de América y 220 volt para Europa. Hay que destacar que las tensiones que se utilizan en la industria y la que llega a nuestras casas son alterna (C.A.), cuya frecuencia en América es de 60 ciclos o hertz (Hz), y en Europa de 50 ciclos o hertz. 

Medición de la Resistencia:

-

Definición de resistencia o resistor: Es cualquier elemento localizado en el paso de la corriente eléctrica y que causa oposición a que esta fluya. Las resistencias se representan con la letra R y se miden en ohms (Ω ).

-

Componente electrónico resistencia o resistor: Estos componentes electrónicos introducen resistencias específicas entre dos puntos de un circuito. Para saber el valor de la resistencia proporcionada se sigue un código de colores impreso en el componente en forma de bandas, como lo podemos ver a continuación:

Pueden existir 4 o 5 bandas, dependiendo del modelo de resistor, el conjunto de bandas cercanas determinan la resistencia y la banda del extremo opuesto determina la tolerancia (generalmente esta banda es dorada o plateada).

Es muy fácil obtener el valor de una resistencia, para ello usaremos la siguiente tabla, que utilizaremos al resolver los siguientes ejemplos:

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Donde Ω = Oh mio kΩ = Kilohmio (1 kΩ es igual a 1000 ohmios). MΩ = Megaohmio (1 MΩ es igual a 1 000 000 de ohmios ó 1 000 kiloohmios).



Medición de la Intensidad:

La medición de la corriente que fluye por un circuito cerrado se realiza por medio de un amperímetro o un. miliamperímetro, según sea el caso, conectado en serie en el propio circuito eléctrico. Para medir. ampere se emplea el "amperímetro" y para medir milésimas de ampere se emplea el miliamperímetro.

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La intensidad de circulación de corriente eléctrica por un circuito cerrado se puede medir por medio de un amperímetro conectado en serie con el circuito o mediante inducción electromagnética utilizando un amperímetro de gancho. Para medir intensidades bajas de corriente se puede utilizar también un multímetro que mida miliampere (mA).

Amperímetro de gancho

Multímetro digital

Multímetro analógico

El ampere como unidad de medida se utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente que circula por circuitos eléctricos de fuerza en la industria, o en las redes eléctricas doméstica, mientras que los submúltiplos se emplean mayormente para medir corrientes de poca intensidad que circulan por los circuitos electrónicos. 

Ley de Ohm:

La Ley de Ohm se puede entender con facilidad si se analiza un circuito donde están en serie, una fuente de voltaje (una batería de 12 voltios) y un resistor / resistencia de 6 ohms (ohmios). Ver el gráfico anterior.

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Se puede establecer una relación entre el voltaje de la batería, el valor del resistor y la corriente que entrega la batería y que circula a través del resistor. Esta relación es: I = V / R y se conoce como la Ley de Ohm. Entonces la corriente que circula por el circuito (por el resistor) es: I = 12 Voltios / 6 ohms = 2 Amperios. De la misma fórmula se puede despejar el voltaje en función de la corriente y la resistencia, entonces la Ley de Ohm queda: V = I x R. Entonces, si se conoce la corriente y el valor del resistor se puede obtener el voltaje entre los terminales del resistor, así: V = 2 Amperios x 6 ohms = 12 Voltios. Al igual que en el caso anterior, si se despeja la resistencia en función del voltaje y la corriente, se obtiene la Ley de Ohm de la forma: R = V / I. Entonces si se conoce el voltaje en el resistor y la corriente que pasa por el se obtiene: R = 12 Voltios / 2 Amperios = 6 ohms

Es interesante ver que la relación entre la corriente y el voltaje en un resistor es siempre lineal y la pendiente de esta línea está directamente relacionada con el valor del resistor. Así, a mayor resistencia mayor pendiente. Ver gráfico. Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el triángulo que tiene mucha similitud con las fórmulas analizadas anteriormente. Se dan 3 casos:

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

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Con un valor de resistencia fijo: La corriente sigue al voltaje. Un incremento del voltaje, significa un incremento en la corriente y un incremento en la corriente significa un incremento en el voltaje.



Con el voltaje fijo: Un incremento en la corriente, causa una disminución en la resistencia y un incremento en la resistencia causa una disminución en la corriente



Con la corriente fija: El voltaje sigue a la resistencia. Un incremento en la resistencia, causa un incremento en el voltaje y un incremento en el voltaje causa un incremento en la resistencia

Representación gráfica de la Resistencia:

Para tres valores de resistencia diferentes, un valor en el eje vertical (corriente) corresponde un valor en el eje horizontal (voltaje). Las pendientes de estas líneas rectas representan el valor del resistor. Con ayuda de estos gráficos se puede obtener un valor de corriente para un resistor y un voltaje dados. Igualmente para un voltaje y un resistor dados se puede obtener la corriente.

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5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL EXPERIMENTO N° 1 Medición directa de la corriente: o

Para medir la corriente eléctrica utilizamos un amperímetro, en el siguiente diagrama se muestra diferentes posibilidades para integrar el amperímetro a un circuito.

El amperímetro se coloca en serie para la medida de la corriente eléctrica. El circuito que se armó en el laboratorio se utilizó una fuente, el amperímetro y una lámpara, para observar que el paso de corriente enciende el foco y medir la corriente con el amperímetro.

Para esta experiencia el fenómeno de incandescencia en el foco fue mínimo debido a que la fuente no proporcionaba la corriente necesaria para que encienda del todo.

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o

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Medición indirecta de la corriente: Cuando no se tiene a mano un amperímetro, se puede utilizar el voltímetro para medir de manera indirecta la intensidad de corriente utilizando la Ley de Ohm, como se muestra en el siguiente esquema:

Recordemos que el voltímetro en el circuito se instala en paralelo, también debemos conocer el valor de la resistencia para poder obtener la corriente de manera indirecta. En la siguiente imagen se observa el circuito realizado en el laboratorio.

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EXPERIMENTO N° 2 o

Calculo de resistencias (Código de Colores) En esta parte de la experiencia se obtendrá el valor de las resistencias utilizando el código de colores, la cual la tabla con los valores se puede revisar en la parte teórica. Se utiliza la siguiente fórmula:

R=ABx10 ±D% Aplicando para cada resistencia de la siguiente tabla: 1) R=50x10 Ω ±5%= 50 Ω ± 50x5/100 = (50 ± 2.5) Ω Valor mínimo: 47.5 Ω Valor máximo: 52.5 Ω

2) R=82x10 Ω±5%= 82 Ω ± 82x5/100 = (82 ± 4.1) Ω Valor mínimo: 77.9 Ω Valor máximo: 86.1 Ω 3) R=12x10 Ω±5%=120 Ω ± 120x5/100 = (120 ± 6) Ω Valor mínimo: 114 Ω Valor máximo: 126 Ω 4) R=47x10 Ω±5%= 47 Ω ± 47x5/100 = (47 ± 2.35) Ω Valor mínimo: 44.65 Ω Valor máximo: 49.35 Ω 5) R=27x10 Ω±5%= 27 Ω ± 27x5/100 = (27 ± 1.35) Ω Valor mínimo: 25.65 Ω Valor máximo: 28.35 Ω 6) R=20x10 Ω±5%= 20 Ω ± 20x5/100 = (20 ± 1) Ω Valor mínimo: 19 Ω Valor máximo: 21 Ω

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Con estos valores se llenó la siguiente tabla: Tabla N° 1

1°Banda 2°Banda 3°Banda 4°Banda

Valor de R

Valor del multímetro

1

V=5

N=0

N=0

D=±5%

50Ω ±5%

50.6 Ω

2

G=8

R=2

N=0

D=±5%

82Ω ±5%

81.4 Ω

3

M=1

R=2

M=1

D=±5%

120Ω ±5%

120.9 Ω

4

A=4

Vio=7

N=0

D=±5%

47Ω ±5%

47.8 Ω

5

R=2

Vio=7

N=0

D=±5%

27Ω ±5%

26.9 Ω

6

R=2

N=0

N=0

D=±5%

20Ω ±5%

20.4 Ω

EXPERIMENTO N° 3 En esta experiencia se pidió armar el circuito mostrado y completar la tabla N° 2.

El valor experimental obtenido es el medido con el amperímetro (Intensidad de corriente eléctrica). Tabla N° 2 1

2

3

4

5

6

7

8

9

R (Ω) x10-3

100

90

80

70

60

50

40

30

20

I (A)

110

125

135

140

180

210

260

350

500

V(V)

10

10

10

10

10

10

10

10

10

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6. CUESTIONARIO



Amperímetro: Aparato que, intercalado en un hilo conductor, mide la intensidad de la corriente eléctrica que circula por él. Consta de un imán fijo entre cuyos extremos se encuentra una bobina móvil capaz de girar alrededor de un eje. Al pasar la corriente por la bobina, se crea un campo magnético que hace moverse a la bobina. Una aguja unida a esta señala en una escala las desviaciones de la bobina, que son proporcionales a la intensidad de corriente. Como notamos en la imagen el amperímetro que usamos en el laboratorio consta de 3 escalas, las cuales son: ESCALA (A)



LECTURA MÍNIMA

LECTURA MÁXIMA

( 0 – 0.15 ) A

1/1000 A

0.15 A

( 0 – 3.0 ) A

1/50 A

3.0 A

( 0 – 15 ) A

1/10 A

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Voltímetro: Es un instrumento que se utiliza para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Existen varios tipos de voltímetros según su funcionamiento, como: los voltímetros electromecánicos, voltímetros digitales, osciloscopios

y

potenciómetros.

El

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voltímetro siempre debe colocarse en paralelo con respeto a los elementos que se miden para efectuar la medida de la tensión. ESCALA (V) ( 0 – 3 )V

LECTURA MÍNIMA 1/10 V

LECTURA MÁXIMA 3V

( 0 – 10 )V

1/5 V

10V

( 0 – 15 )V

1/2 V

15V

En la siguiente tabla se observa los valores obtenidos por la Ley de Ohm (celeste) y los de la caja de resistencias(anaranjado).

R (Ω) x10-3 =

 

-3

x10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

100

90

80

70

60

50

40

30

20

90.91

80.00

74.07

71.43

55.56

47.62

38.46

28.57

20.00

Los valores de R no coinciden con los de la medición, pero se aproximan bastante. Esto se debe a un error del instrumento, ya que las mediciones empíricas nunca son exactas con las ecuaciones teóricas.

En base a lo ya realizado en el experimento en el apartado anterior, y retomando el siguiente ejemplo:

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Se calculó las resistencias para los siguientes resistores de cuatro bandas:

1°Banda

2°Banda

3°Banda

4°Banda

Valor de R

1

A=4

Vio=7

M=1

D=±5%

R=470Ω ±5%

2

M=1

R=2

M=1

P=±5%

R=120Ω ±10%

3

M=1

V=5

N=0

D=±5%

R=15Ω ±5%

4

Azul=6

Vio=7

M=1

P=±10%

R=670Ω ±10%

5

R=2

A=4

N=0

D=±5%

R=24Ω ±5%

6

V=5

N=0

N=0

P=±10%

R=50Ω ±10%

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7. RECOMENDACIONES:

Antes de armar el circuito debemos verificar que los cables estén sin daños, es decir sin discontinuidad.

Asegurarse que los cables estén conectados de forma correcta.

No presionar continuamente el swicht, ya que puede deformarse la zona donde hace contacto.

Verificar la escala elegida en cada uno de los instrumentos de medición (voltímetro, amperímetro) ya que de eso dependerá una correcta medición.

8. CONCLUSIONES La Ley de Ohm se cumple con mucha precisión en muchos de los conductores eléctricos que podemos encontrar en la vida común, con un gran intervalo de voltaje y de corriente, así como también la temperatura. Sin embargo, para muchas sustancias especialmente en los semiconductores, por lo que concluimos que esta ley no se llega a cumplir.

Creemos que en todo circuito eléctrico intervienen tres factores los cuales son: la tensión en voltios, la intensidad en amperios y la resistencia en Ohm.

La tensión está determinada por la naturaleza de la fuente de alimentación y es por sí misma independiente de las demás.

La resistencia está determinada por la oposición que ofrece el circuito interno a la corriente eléctrica el cual depende de la sección, longitud y material de la resistencia.

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9. BIBLIOGRAFÍA  



Manual de Laboratorio de Fisica III http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248 .52.100/655/A7.pdf?sequence=7 http://www.fio.unam.edu.ar/Secretarias/Administrativa/conc/bibli/lab oratorio/instrumentos-de-medicion-electrica.pdf

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