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Conciendo el Uso y Cuidado del Equipo Universidad de San Carlos, Facultad de Ingeniería Departamento de Física Laboratorio de Física 2 2011-14670 Derick Fabricio Zeceña Navas
identificó ficó cada uno de los instru instrument mentos os que Resumen—Se identi serán utilizados en el laboratorio y se aprendió su uso adecuado. Se realizó la medición de cinco resistencias utilizando para ello un multímetro y el código de colores. Se analizó las características principales de dos diferentes tipos de circuitos en los cuales se realizaron medidas de tensión y corriente.
I. O BJETIVOS Conocer los aparatos que serán utilizados durante las prácticas en el laboratorio así como el uso adecuado y cuidados en el manejo de los mismos. Aprender a determinar el valor de una resistencia utilizando el códigos de colores. Aprender el manejo adecuado del multímetro multímetro al momento de medir resistencias. Comparar Comparar los valores valores de resisten resistencia cia obtenidos obtenidos con el código de colores y los obtenidos en la medición con el multímetro. Verificar y determinar ventajas entre los dos métodos utilizados para medir resistencias. Determinar las caracterísitcas de dos tipos de conexiones serie y paralelo. Aprender a realizar mediciones de voltaje y corriente. I I . M ARCO T EÓRICO Protoboard
Es un tablero rectangular con orificios en los cuales se pueden insertar cables y diversos componentes electrónicos para realizar experimentos y pruebas. Es de mucha utilidad al momento de armar circuitos ya que se puede verificar su buen funcionamiento y realizar ciertas mediciones. Voltímetro
Es un instrumento electrónico destinado a medir el voltaje (caída de tensión o diferencia de potencial) entre los extremos de un elemento del circuito por el que circula corriente. Amperímetro
Es un aparato que permite medir el flujo de corriente en amperios que está circulando dentro de un circuito eléctrico.
podríamos decir que es como combinar un voltímetro y un amperímetro pero además permite realizar muchas medidas más como medir resistencias, transistores, continuidad, etc. Fuente de Poder
Por lo general cuando hablamos de fuente de poder nos referimos al componente que suministra la corriente eléctrica a un circuito o a otro componente de una máquina eléctrica. Resistores en paralelo
Si los resistores están en paralelo, como se muestra en la figura 1, la corriente a través de cada resistor no necesita ser la misma. Pero la diferencia de potencial entre las terminales de cada resistor debe ser la misma e igual a V ab ).
Figura 1.
Resistencias conectadas en paralelo. De nuevo nuevo,, es fácil fácil genera generaliz lizar ar a cualqu cualquier ier núm número ero de resistores en paralelo: 1
Req
=
1
R1
+
1
R2
+
R3
+ ...
(1)
Para cualquier cualquier número de resist resistore oress en paralelo paralelo,, el recírecí proco de la resistencia resistencia equivalente es igual a la suma de los recíprocos de sus resistencias individuales.
Resistores en serie
Si los resistores están en serie como se muestra en la figura 2, como la corriente I debe ser la misma en todos ellos. Las diferencias de potencial a través de cada resistor no necesitan ser las mismas (excepto para el caso especial en que las tres resistencias son iguales).
Multímetro
Es un instrumento electrónico que permite realizar diversas mediciones de ahí que también se le conozca como multitester, multitester,
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Figura 2.
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Resistencias conectadas en serie. Es fácil generalizar esto a cualquier número de resistores: (2)
Req = R 1 + R2 + R3 + ...
La resistencia equivalente de cualquier número de resistores en serie es igual a la suma de sus resistencias individuales.
Medición de Voltaje en DC
Tabla 1.
Código de colores de las resistencias. Color Ninguno Plata Dorado Negro Café Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco
Primer Dígito 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Segundo Dígito 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Multiplicador 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000 1000000000
Incerteza 20 10 5 1 2 0.5 -
III. D ISEÑO E XPERIMENTAL III-A.
1. 2. 3. 4. 5.
Materiales
Multímetro. Puntas de prueba. Cinco resistencias distintas. Un protoboard. Una fuente de poder.
III-B.
4. De la misma manera obtendremos el segundo dígito visualizando el segundo color y buscando de nuevo en la tabla. 5. Cuando lleguemos al tercer color este nos indicará el multiplicador que debe acompañar al número formado por los dos dígitos encontrados anteriormente. 6. Por último el cuarto anillo nos indicará la incerteza en el valor de la resistencia.
Magnitudes a Medir
La resistencia en Ohmios ( Ω). El voltaje o diferencia de pontencial en Voltios (V). La corriente en el circuito en Amperios (A).
1. Montar un circuito acorde con el diagrama 1. 2. Colocar la perilla selectora en la función de voltaje DCV, en el rango adecuado como la fuente de alimentación provee 15 V DC el rango adecuado será de 0 a 20 V. Colocar las puntas de prueba al multímetro (roja en + negra en -). 3. Las medidas de tensión DC se obtienen conectando las puntas de prueba directamente a los extremos o bornes del dispositivo, se dice que este tipo de conexión es en paralelo con el circuito o componente. 4. Proceder a leer en la escala adecuada, conforme l rango escogido. Medición de Corriente en DC
1. Montar un circuito acorde con el diagrama 2. 2. Colocar la perilla selectora en la función de corriente en DCA en 200 mA si al medir se obtiene un número menor que 20 colocar la escala en 20 mA. 3. Para la medida de una corriente, se debe conectar, el multímetro en serie con el circuito o componente, para esto se debe abrir el circuito en el sistio de interés. 4. Proceder a leer en la escala adecuada, conforme al rango ecogido.
III-D. III-C.
Procedimiento Experimental
Medición Utilizando el Multímetro
1. Colocar la perilla selectora en la posición para medir Ohmios (Ω), elegir cierto rango multiplicativo. 2. Colocar las puntas de prueba al multímetro (roja en + y negra en -). 3. Tomar la resistencia a ser medida y colocar las puntas de prueba en cada uno de los extremos de la resistencia, luego visualice la pantalla en la cual aparecerá el valor representativo de la resistencia. 4. El valor obtenido debe ser multiplicado por el rango en el cual se encuentra ubicada la perilla selectora según sea el caso.
Diagrama del Diseño Experimental
Figura 3.
Representación gráfica de la medición de las resistencias realizada con el multímetro.
Medición Utilizando el Código de Colores
1. Tomar una de las resistencias y visualizar los anillos de colores impresos sobre el cuerpo de esta. 2. Se debe comenzar por leer el color que se encuentra más cercano a uno de los extremos. 3. Al tener el primer color se debe buscar en la tabla y así tendremos el valor del primer dígito.
Diagrama 1.
Diagrama eléctrico del circuito 1 en el cual se encuentran dos resitencias en paralelo.
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Tabla 6.
Valores de la corriente en mA medida en el circuito 2. Corriente (mA) ∆I 3.4 ± 0.2 Tabla 7.
Valores de la resistencia total del circuito 2 medida con el multímetro y calculada por medio de las ecucaciones. Resistencia (Ω 1470 1437 ± 16 Ω Diagrama 2.
Diagrama eléctrico del circuito 2 donde se colocaron dos resistencias en serie.
IV. R ESULTADOS Tabla 2.
Valores de resistencia obtenidos utilizando el multímetro. No. Valor Resistencia 1 978.0 ± 16.0 Ω Resistencia 2 740.0 ± 1.6 Ω Resistencia 3 554.0 ± 1.6 Ω Resistencia 4 1.18 ± 0.16 kΩ Resistencia 5 99.0 ± 1.6 Ω Tabla 3.
Valores de resistencia obtenidos utilizando el código de colores. No. Valor Resistencia 1 1000 ± 50Ω Resistencia 2 750.0 ± 37.5Ω Resistencia 3 56 ×107 ± 28 × 106 Ω Resistencia 4 1300 ± 65Ω Resistencia 5 10 ×107 5 × 105 ± Ω Tabla 4.
Valores del voltaje en voltios medido en el circuito 1. Voltaje (V) 4.99
∆V ±0,1
Tabla 5.
Valores de la resistencia total del circuito 1 medida con el multímetro y calculada por medio de las ecucaciones. Resistencia (Ω 320 311 ±160Ω
V. DISCUSIÓN DE R ESULTADOS Al observar y comparar los valores de resistencia mostrados en las tablas 2 y 3 principalmente se podría pensar que se existió algún tipo de error en la medición ya que en dos resultados no concuerdan los valores obtenidos con el multímetro con los obtenidos al utilizar la tabla con los códigos de colores, pero esto más que ser un indicador de error es un indicador de que las resistencias se encontraban dañadas ya que debemos tomar en cuenta que para esta práctica se trabajó con elementos electrónicos muy sensibles y aunque conserven su apariencia normal pueden dañarse internamente por diversas razones. Al observar los datos colocados en la tabla 4 podemos corroborar lo inidicado en el marco teórico al darnos cuenta que efectivamente al tener una conexión de dos o más resistencias en paralelo la tensión en los dos extremos del circuito es la misma. El valor de la tensión medida en el circuito 1 fué bastante exacto a pesar de la incerterza que se agregaba al momento de graduar el potenciómetro de la fuente de poder. Como era de esperarse al momento de medir el valor de la resistencia total en el circuito 2 obtuvimos la suma de las resistencias paraciales lo cual es lógico ya que sabiamos de antemano que la resistencias para este circuito se encontraban colocadas en serie. VI. C ONCLUSIONES Los dos métodos tanto la tabla con los códigos de colores como el uso del multímetro utilizados durante la práctica permiten calcular de manera sencilla y efectiva el valor de una resistencia. Si utilizamos la tabla de códigos de colores para medir las resistencias tenemos la ventaja de no tener que contar con ningún equipo ya que solamente vemos los anillos de colores y luego los ubicamos en nuestra tabla y así conseguimos el valor de resistencia. Al combinar ambos métodos se puede verificar el estado de las resistencias ya que muchas veces estas suelen dañarse por diversas razones y se puede apreciar una diferencia considerable al momento de comparar el valor obtenido con la tabla y el obtenido con el multímetro. Al finalizar la práctica de cinco resistencias medidas dos resultaron estar dañadas ya que al momento de medirlas
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con el multímetro existía una diferencia bastante grande con relación al valor obtenido con la tabla. Cuando dos resistencias se encuentran conectadas en paralelo la diferencia de potencial entre los extremos de las dos resistencias es la misma. Al tener dos o más resistencias conectadas en serie la resistencia total es igual a la suma de las resistencias individuales. VII. F UENTES DE CONSULTA VII-A.
Referencias Bibliográficas
Izquierdo, César. FISILAB. Manual de Laboratorio de Física Dos. Guatemala 2012. (Páginas 23-29). Young, Hugh D. y Freedman, Roger A. Física Universitaria. Volumen 2. Décimo segunda edición. Pearson Educación. México 2009. (Página 881-883). VII I. A NEXOS VIII-A.
Cálculos Realizados
Cálculo de la Resistencia
Cálculo del valor de la resistencia total para el circuito 1. Para nuestro caso en particular utilizamos una resistencia de 470 Ω y 1000 Ω. Para este cálculo utilzamos la ecuación 1. 1 470
+
1 1000
= 320Ω
Con los mismos valores de resistencia y utilizando la ecuación 2 podemos calcular la resitencia toal en el circuito 2. 1000 + 470 = 1470Ω
