Resistencia Variable INFORME5

RESISTENCIA VARIABLE 2016 Facultad:  FIGMMG – EAP de Ing. Civil  FQIQ – EAP de Quìmica Alumnos:        

Acuña Malpartida, Maryluna (15160302) Cabañas León, Adrián Raúl (15160314) Campos Campos, Edson Miguel Angel (15160093) Saravia Torres, Miguel Angel (15160119) Sebastian Ramos, Shyrlae M. (14070091) Puma Ticoma, Rhony U. (14070088) Pinglo Pinglo, Diego Armando (15160107) Vilca Solier, Einer Jhair (15160120)

Profesor:  Trujillo L. Turno:  Viernes 2:00-4:00 pm, Ambiente A Fecha de ejecución:  13/05/16 Fecha de entrega:  20/05/16

Informe Nº 5

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

INTRODUCCIÓN En esta práctica de laboratorio hemos tenido en cuenta la visualización, determinación y reconocimiento de las resistencias variables las cuales, como su nombre lo indica, varían su valor en Ohm dentro de un rango determinado. De acuerdo a su función, estas resistencias variables pueden ser:  Resistencias de Control  Resistencias de precisión  Resistencias lineales  Resistencias no lineales De esta manera hemos reconocido y comprobado experimentalmente las resistencias variables.

Laboratorio de Física III

Resistencia Variable

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Resistencia Variable Experiencia N°5 1. OBJETIVOS:   

Mostrar cómo es el comportamiento de las resistencias variables. Caracterizar sensores resistivos. Calcular errores obtenidos diferenciando el de cero, ganancia y no linealidad.

2. MATERIALES: La tarjeta insertable UniTrain-I de Resistencias variables, SO4203-7B, sirve para analizar esta clase de resistencias, siendo posible estudiar los siguientes tipos:    

Fotorresistencia (LDR). Termorresistencia con coeficiente negativo de temperatura (NTC). Termoresistencia con coeficiente positivo de temperatura (PTC). Varistores (VDR).

3. FUNDAMENTO TEORICO: RESISTORES VARIABLES: Tienen tres contactos, dos de ellos están conectados a los extremos de la superficie resistiva y el otro está conectado a un cursor que se puede deslizar a lo largo del elemento resistivo. Estos resistores pueden variar su valor dentro de unos límites. Para ello se les ha añadido un tercer terminal unido a un contacto móvil que puede desplazarse sobre el elemento resistivo proporcionando variaciones en el valor de la resistencia. Este tercer terminal puede tener un desplazamiento angular (giratorio) o longitudinal (deslizante). Función: Según su función en el circuito estos resistores se denominan:  



Potenciómetros: se aplican en circuitos donde la variación de resistencia la efectúa el usuario desde el exterior (controles de audio, video, etc.). Trimmers, o resistores ajustables: se diferencian de las anteriores en que su ajuste es definitivo en el circuito donde van aplicadas. Su acceso está limitado al personal técnico (controles de ganancia, polarización, etc.). Reostatos: son resistores variables en las que uno de sus terminales extremos está eléctricamente anulado. Tanto en un potenciómetro como un trimmer, al dejar unos de sus terminales extremos al aire, su



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comportamiento será el de un reostato, aunque estos están diseñados para soportar grandes corrientes. Para observaciones sencillas, se puede prescindir de la aplicación de la tecnología de medición puesto que las resistencias (excepto la VDR) reaccionan muy sensiblemente a las influencias externas. La sensibilidad de los componentes se puede variar por medio de potenciómetros o resistencias conectadas en serie. Se puede comprobar la reacción de los componentes que reaccionan a los cambios de temperatura simplemente con el tacto (temperatura corporal). La alimentación de tensión se realiza por medio del sistema de bus UniTrain-I o por los experimentadores. Resistencias Variables Termorresistencias (NTC) Las termorresistencias NTC (NTC = Coeficiente Temperatura Negativa) son semiconductores fabricados con cerámica policristalina de óxidos mixtos, que se emplean en mayor grado para la medición de la temperatura. En los materiales semiconductores, la cantidad de portadores libres de carga se eleva con el aumento de la temperatura, de manera que la resistencia eléctrica disminuye ante dicho aumento de temperatura. Por esta razón se los denomina también termistores. Con temperatura ambiente, presentan un coeficiente negativo de temperatura en el orden de magnitud de -3 a -5 % por grado. El rango típico de temperatura va de 60ºC a +200 ºC. La dependencia en función de la temperatura obedece a la siguiente ecuación: 1

𝑅 (𝑇) = 𝑅 (𝑇0). 𝑒

1

𝐵(𝑇−𝑇 ) 0

T: Temperatura en K. T0: Temperatura de referencia. B: Constante dependiente del material. La temperatura de referencia y la constante dependiente B del componente se pueden tomar de la correspondiente hoja de datos. Las temperaturas se deben expresar en Kelvin. La transformación de la temperatura a grados Kelvin se realiza por medio de la ecuación:

𝑇 = 𝜗 + 273°𝐶 Las resistencias NTC poseen una sensibilidad esencialmente mayor que los termómetros de resistencia metálica. Entre los campos de aplicación se encuentra todo tipo de medición y control automático de temperatura. La desventaja de muchas aplicaciones, no obstante, radica en que la curva de la resistencia no es



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lineal sino exponencial. Por tanto, se debe llevar a cabo una linealización de dicha curva. La tabla siguiente muestra, a manera de ejemplo, los valores básicos de una resistencia NTC, con una temperatura de referencia de 𝑇0 = 25°𝐶 y un valor de resistencia correspondiente de 𝑅25 = 5𝑘Ω Tabla 1: Valores básicos de una resistencia NTC. (𝑅25 = 5𝑘Ω).

Temperatura de medición en °C

0

20

25

40

60

80

100

120

Valores básicos en ohmios

16325

6245

5000

2663

1244

627,5

339

194,7

La imagen siguiente muestra la característica correspondiente (curva roja) junto con la característica de una resistencia que tiene un valor de referencia de 10 k (curva azul).



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4. PROCEDIMIENTO: Característica estática de resistencia NTC En el experimento siguiente se debe analizar la respuesta de las resistencias NTC. Para ello se registrará la característica de una resistencia de este tipo y se discutirán los posibles rangos de aplicación de este tipo de resistencias. Monte el circuito experimental que se representa a continuación en la sección II de la tarjeta de experimentación SO4203-7B:

Abra el instrumento virtual Fuente de tensión continua y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Encienda a continuación el instrumento por medio de la tecla POWER. Abra el instrumento virtual Voltímetro Ay Amperímetro B, seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente:

En el caso de que realice la medición de corriente empleando el amperímetro virtual, abra el instrumento y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.



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Ahora, ajuste la tensión de alimentación Ue, empleando uno tras otro, los valores expuestos en la tabla 1. Mida cada tensión U en la resistencia NTC, al igual que la corriente I que fluye por la resistencia y anote los valores de medición en la tabla. Antes de ajustar un nuevo valor de tensión, espere siempre aproximadamente un minuto antes de llevar a cabo la medición de corriente. Si pulsa la pestaña "Diagrama" de la tabla, después de realizar todas las mediciones, podrá visualizar gráficamente la característica resultante. El grado de calentamiento de la resistencia durante el servicio depende de la potencia consumida. Si se registra esta potencia en función del valor de la resistencia, se obtiene la característica de temperatura de la resistencia. Calcule la potencia P = U· I y la resistencia R = U/I para cada medición documentada en la tabla 1, y anote en la tabla 2 los valores obtenidos. A continuación, visualice las correspondientes curvas características. TABLA 1: Ue [V]

U [V]

U [V]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I [mA] 0.75 1.54 2.17 2.55 2.75 2.84 2.85 2.86 2.82 2.82

9 20 32 46 61 77 92 106 108 108

3.5 3

2.5 2 1.5

1 0.5 0 0


20

40

60

80

100

120

I [mA]


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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS TABLA 2: Ue [V]

P [mW]

R [Ohm]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

R [Ohm]

6.75 30.80 69.44 117.30 167.75 218.68 262.20 303.16 304.56 304.56

83.33 77.00 67.81 55.43 45.08 36.88 30.98 26.98 26.11 26.11

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

50

100

150

200

250

300

350

P [mW]

5. CUESTIONARIO: 1.- ¿Por qué es necesario esperar aproximadamente un minuto antes de medir la corriente después de realizar una modificación de la tensión? a) En primer lugar, la tensión de alimentación debe estabilizarse b) La resistencia NTC se calienta ante el flujo de corriente. De esta manera disminuye la resistencia y la medición sólo se puede realizar después de que la temperatura haya alcanzado su valor estacionario. c) La resistencia NTC se enfría ante el flujo de corriente. De esta manera disminuye la resistencia y la medición sólo se puede realizar después de que la temperatura haya alcanzado su valor estacionario. d) No existe ningún motivo en especial para esperar antes de medir la corriente



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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Solución:

a) Al hacer un alza en la tensión se debe esperar un tiempo determinado para confirmar una correcta lectura, este procedimiento también se aplica en la maquinaria eléctrica pesada en las industrias. b) Con el alza de tensión la energía también se eleva lo que implica un aumento de temperatura en la resistencia, entonces eta temperatura debe estabilizarse para la correcta medición. La relación de resistencia y temperatura se pueden observar en la tabla 1 donde se verifica esta afirmación. 2.- ¿Qué afirmaciones podría realizar en relación con la característica obtenida? a) La pendiente de la característica es constante. b) La pendiente de la característica varía. c) La tensión en la resistencia NTC adopta un valor máximo. d) La tensión en la resistencia NTC aumenta continuamente. e) Si la tensión asciende, disminuye la pendiente de la característica. f) Si la tensión asciende, aumenta la pendiente de la característica. Solución: b) Ya que la resistencia disminuye a medida de que aumenta la temperatura, la pendiente de la característica varía, no es constante. c) Del gráfico IxU (Tabla 1) observamos que a medida que la intensidad aumenta, la tensión U llega a un valor máximo. e) A medida que la tensión se incrementa, se puede ver que la pendiente disminuye hasta ser casi 0 en el valor máximo.



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3.- ¿A qué conclusión puede arribar a partir de las dos características obtenidas? a) Si la temperatura aumenta, disminuye el valor de la resistencia NTC. b) Si el consumo de potencia aumenta, se incrementa el valor de la resistencia NTC. c) Si el consumo de potencia aumenta, disminuye el valor de la resistencia NTC. d) Si el consumo de potencia aumenta, disminuye la temperatura de la resistencia NTC. e) Si el consumo de potencia aumenta, aumenta la temperatura de la resistencia NTC. f) Si las resistencias NTC se emplean como sensores de temperatura, deberían operar con bajas intensidades de corriente para evitar los efectos del calentamiento. g) Si las resistencias NTC se emplean como sensores de temperatura, deberían operar con elevadas intensidades de corriente para obtener resultados estables. Solución: b) La resistencia NTC varía de acuerdo a la temperatura, al aumentar la temperatura, la resistencia disminuye. c) De la gráfica RxP (Tabla 2) se observa que a medida que aumenta el consumo de potencia, el valor de la resistencia disminuye. e) Al aumentar el consumo de potencia, el valor de la resistencia disminuye y esto se debe a un aumento de su temperatura. f) Debido a que las resistencias NTC poseen una gran sensibilidad (mayor a la de los termómetros de resistencia metálica), es preferible trabajar con bajas intensidades.



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6. CONCLUSIONES:   

El paso de corriente a través de un resistor produce calor, y este es posible percibirse en este tipo de resistencia. Si se emplean como sensores de temperatura, deben trabajar con bajas intensidades para evitar los efectos del calentamiento. El consumo de potencia es directamente proporcional con la temperatura e inversamente proporcional con la resistencia. A su vez la resistencia depende de forma exponencial con la temperatura.

7. RECOMENDACIONES: Es de gran importancia la toma correcta de las mediciones ya que diferentes, aspectos podrían modificar los resultados que se obtienen.

8. BIBLIOGRAFIA: https://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metro http://roble.pntic.mec.es/~jsaa0039/cucabot/rvariable-intro.html http://www.tecnoastro.es/tecnologia/resistencias%20variables.html Serway, Jewett, “Física, Ciencias e Ingeniería”, 7a Edición, 2009

9. ANEXOS: Graficas en papel milimetrado (Tablas 1 y 2).



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Universidad Nacional Mayor de San Marcos Laboratorio de Física III Autor: Valor Creativo

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