UNIVERSIDAD SIMN BOLVARLABORATORIO DLABORATORIO DE FSICA II (FS-2281)SECCIN: 15

Profesor:Autores:

Julio Puerta.Susan L. Bazn

08-10109

Mara G. Rodrguez.

09-11195

Grupo 2

Sartenejas, Febrero de 2014INTRODUCCIN

Uno de los instrumentos de importancia para las mediciones elctricas es el multmetro, que brinda la oportunidad de medir diversos parmetros y magnitudes elctricas en un mismo instrumento. Estas medidas son los voltajes, corrientes y resistencias, tambin nos permite seleccionar el tipo de medida si es AC o DC y seleccionar el valor mximo de la medida.

En la prctica realizada se busco como objetivo principal el aprendizaje del funcionamiento del multmetro para realizar medidas de corrientes, voltajes y resistencias; tambin se estudio el comportamiento de elementos lineales y no lineales. Todo esto con el fin de entender y comprobar los conceptos fsicos y mtodos tericos, para ellos se presentarn tablas y grficos que nos permitirn analizar y comparar los resultados obtenidos en la prctica y as verificar el aprendizaje del uso del multmetro y sus diversas funciones.

MARCO TERICO

EL MULTMETRO

El multimetro es un aparato para medir magnitudes elctricas que tiene un selector y segn su posicin este puede actuar como voltmetro, ampermetro u ohmmetro. Este posee un galvanmetro que est encargado de medir las corrientes elctricas de pequea intensidad. Existen dos tipos de multimetro:

Multmetros analgicos: Los multmetros analgicos son instrumentos de laboratorios y de campo muy tiles y verstiles, capaces de medir voltaje (en CD y CA), corriente, resistencia, ganancia de transistor, cada de voltaje en los diodos, capacitancia e impedancia. Multmetros digitales: Este multmetro porttil combina la precisin de un medidor digital con la velocidad y versatilidad de una alta resolucin. Posee una estructura que lo protege contra la humedad, el polvo y la suciedad en general. Posee una pantalla de cristal lquido con un alto contraste, incluso cuando recibe gran cantidad de luz.

Fig. 1 Multimetro analgico y multimetro digital (de izquierda a derecha)

EL AMPERMETRO

El ampermetro est encargado de medir la intensidad de la corriente elctrica, su escala de medida viene en amperios. Este debe colocarse en serie con el circuito que se desea medir la corriente.

EL VOLTMETRO

El voltmetro est encargado de medir la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito elctrico, su unidad de medida es el voltio. Para realizar las mediciones este se conecta en paralelo con el circuito que se desea medir.

EL OHMMMETRO

El ohmmetro est encargado de medir resistencias del circuito deseado, su unidad es el ohmio. Para ello el multmetro debe conectarse en serie con la resistencia y una batera de voltaje conocido.

FUENTE DE TENSIN

Es un equipo que se encarga de suministrar energa elctrica a un circuito elctrico y aparatos elctricos para su funcionamiento.

Fig. 2 Fuente de tensin de bajo voltaje

RESISTENCIA O RESISTOR

Es un componente electrnico diseado para introducir una resistencia elctrica determinada entre dos puntos de un circuito. Se denomina resistencia elctrica, R, de una sustancia, a la oposicin que se encuentra la corriente elctrica durante su recorrido. Su valor viene dado en ohmios, se designa con la letra griega omega mayscula (), y se mide con el ohmmetro. Tambin se define como la propiedad de un objeto o sustancia de transformar energa elctrica en otro tipo de energa de forma irreversible, generalmente calor. Esta definicin es vlida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposicin presentada a la circulacin de corriente recibe el nombre de impedancia. Hay dos formatos de resistencias, las resistencias tipo axial como se observa en la figura 3.1 y las SMD (Surface Mount Device, miniaturas que no tienen patas, su cuerpo va soldado directamente al pad ) En el caso de las resistencias axiales En el encapsulado normal la serigrafa es un poco ms compleja, debido a que el cuerpo de las resistencias es redondo se usan unas bandas de colores para serigrafiar los valores y que puedan ser ledos desde cualquier ngulo ( recordemos que no siempre estn accesibles ).Estas bandas de colores se corresponden a unos valores numricos, aqu se muestra la tabla:

Son cuatro bandas y para identificar la ultima que es el valor de tolerancia ( la precisin ) viene siempre un poco separada de las otras tres, tambin pueden ser de cinco bandas en algunos casos, pero la penltima siempre es el multiplicador. La primera banda, indica la primera cifra, la segunda banda la cifra contigua, la tercera, en caso de que tuviese cinco, indicara la tercera cifra y seria la cuarta banda la multiplicadora, que pasa a ser la tercera en caso de que la resistencia solo tenga cuatro bandas en vez de cinco.

Fig 3. Resistencias

TRANSFORMADOR ELCTRICO

Un transformador elctrico es un dispositivo de corriente alterna que permite variar alguna funcin de la corriente como el voltaje, es decir, es un aparato que reduce o aumenta tensiones alternas. Este bsicamente consta de dos bobinas enrolladas a un mismo ncleo de hierro; la bobina conectada a la fuente de la fem se llama primario y la bobina que se encuentra conectada a la carga de consumo se llama secundario.

CONDUCTORES HMICOS

Los conductores hmicos cumplen con la ley de OHM, si V/I = constante donde R es la constante, es decir, la resistencia es independiente del voltaje que se aplique.CONDUCTORES NO HMICOS

Los conductores no hmicos son aquellos que no cumplen la ley de OHM, si V/I no es constante, entonces R no es constante en ese elemento, es decir, al variar el voltaje varia la resistencia.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

MATERIALES: Tablero de medicin Bombillo Multmetro de aguja Multmetro digital Cables de conexin Fuente de poder AC y/o DC

Actividad A: Medicin de resistenciasSe tomo el multmetro y se coloco en la funcin de +DC y se selecciono el rango adecuado para la resistencias, luego se ajusto el medidor a cero y seguido de ello se medio las resistencias individuales del tablero RA y RB. Con la ayuda de algunos cables se colocaron las resistencias en serie y en paralelo para medir en cada caso las resistencias equivalentes. Seguido de todo esto se compararon los valores medidos de las combinaciones en serie y paralelo con las predicciones tericas de las resistencias equivalentes.

Actividad B: Medicin de voltaje alternoSe coloc el multmetro en modo AC VOLTS y con la fuente de poder apagada, se conect a la salida AC de la fuente de poder al primario del transformador, la perilla de la fuente de poder se mantuvo en salida mnima. Seguido de esto el multmetro se coloc en la escala ms alta hasta que se encontr la sensibilidad correspondiente para trabajar; se continu con la medicin de los voltajes primarios V1 y secundario V2 variando los voltajes de salida de la fuente en 1/2, 1/3 y mximo de la perilla; y con estas medidas se logr determinar la relacin de nmeros de vueltas de las bobinas.

Actividad C: Medicin de corrientes y voltajes D. Se coloc el multmetro en +DC y con la escala ms alta de corriente DC; luego se conect el multmetro analgico con la fuente de poder y al elemento a medir que fue el no lineal, es decir, el bombillo como se muestra en la siguiente figura:

Fig .4 Conexin del ampermetro en serie con la fuente y con el bombillo

Seguido de esto se conecto el multmetro digital en paralelo al bombillo para medir los voltajes DC y con la fuente de poder ya encendida se procedi a medir la corriente en funcin del voltaje DC entre 0 y 20 voltios DC. Esto se repiti para el elemento lineal, es decir, una de las resistencias. Con los datos obtenidos se construyo graficas de V vs i para as encontrar el valor de la resistencia.

RESULTADOS EXPERIMENTALES, DISCUSIN Y CONCLUSIONES

A. Medicin de resistencias.

Tabla 1. Valores tericos de las resistencias

Ra y Rb serie ()Ra y Rb paralelo ()

Valores tericos2660460

Se pudo observar que los valores tericos nos dieron un poco ms alto de los reales, es decir, en las resistencias en serie el valor terico es de 2660 y el real es de 2600 y en las resistencias en paralelo el valor terico es de 460 y el real es de 420. Esta diferencia probablemente se deba a la tolerancia, ya que es en este caso es el 10% sobre el valor terico. Otra posibilidad de que la resistencia haya aumentado es que como ella es directamente proporcional a la longitud del conductor, la oposicin experimentada por los electrones libres al desplazarse por el tramo de dicho conductor, tengan mayor choque con los tomos del conductor. A resistencia aumenta debido a que, ser ms la oposicin que experimente un electrn libre al desplazarse por un determinado tramo de un conductor, porque tendr mayores choques con los tomos del conductor. Es decir, la resistencia es directamente proporcional a la longitud del conductor.

Tabla 2. Valores experimentales. Parte A

Mediciones de resistencias

Rx100()()

Ra2000200

Rb 55055

Ra , Rb Serie2600260

Ra, Rb Paralelo42042

B. Medicin de voltajes alternos.

Tabla 3. Relacin de N2/N1.

En esta seccin de la prctica se lleva acabo la utilizacin del multimetro como voltmetro La siguiente tabla representa la relacin existente entre el nmero de vueltas de la bobina con el voltaje secundario y primario. Dicha relacin sigue:

V1=-N1 (d/dt) V2= -N2(d/dt)

Lo cual lleva a establecer: V2/V1= N2/N1= 0,190,02. Calculando as esta relacin de vueltas con los voltajes. se puede observar la relacin de N2/N1 que son el nmero de vueltas de la bobina, calculados a partir de la relacin anterior de voltajes, los cuales fueron calculados con el multmetro digital; en la bobina 1 el voltaje V1 y en la bobina 2 el voltaje V2, tomando en consideracin sus respectivos errores. Se puede notar que a medida que se incrementa el valor de voltaje de salida de la fuente de poder hacia la bobina 1 el V1 incrementa al igual que V2. Los transformadores de voltajes son dispositivos usados encircuitos elctricos para cambiar el voltaje de la electricidad que fluye en el circuito. Los transformadores se pueden utilizar para aumentar o disminuir el voltaje. El principio de induccin electromagntica es lo que hace que los transformadores trabajen. Cuando una corriente atraviesa un alambre, crea uncampo magntico alrededor del alambre. De la misma manera, si un alambre est en un campo magntico que est cambiando, fluir una corriente por el alambre. En un transformador, un conductor lleva corriente a un lado. Esa corriente crea un campo magntico, que a cambio produce una corriente en el conductor al otro lado del transformador. La segunda corriente fluye fuera del transformador. De hecho, ambos alambres en un transformador estn envueltos en una bobina alrededor de un ncleo de hierro. Las bobinas de alambre no estn conectadas fsicamente. Un alambre tiene ms vueltas en su bobina que el otro alambre. Los diferentes nmeros de vueltas en las dos bobinas hacen que el voltaje y la corriente en cada bobina sea diferente de la otra bobina. Los cual se define como N2/N1 .El diseo de un transformador con el nmero correcto de bobinas en cada alambre, permite controlar cunto cambia el voltaje entre la entrada y salida del transformador. Los transformadores slo trabajan con circuitos decorriente alterna. Debido a que la corriente alterna en el alambre entrante (V1) cambia constantemente, el campo magntico creado tambin cambia. El campo magntico cambiante es lo que fuerza el flujo de corriente en la bobina de salida (V2). Los transformadores no agregan energa al circuito. Del transformadorsale alto voltaje y baja intensidad de corriente, llevando casi la misma cantidad de energa a lo largo de laslneas de transmisin que llevaban el bajo voltaje y la corriente de mayor intensidad inicial. Bajo condiciones normales, la mayora de los transformadores funcionan con alta eficacia, transmitiendo cerca del 99% de la energa que le llega. (Cerca del 1% de la energa se pierde en el calentamiento del transformador).C. Medicin de corrientes y voltajes DC. En esta parte de la prctica se realizaron medidas de corriente y voltajes DC en un elemento lineal que es quien cumple la ley de Ohm (Resistencia Ra) y en otro no lineal que no cumple dicha ley (bombillo). Para la primera grafica que es referente al elemento lineal, nos dio una recta perfecta indicndonos que la resistencia si es un elemento lineal ya que la relacin V/I es constante. El valor de Ra de la grafica viene dada de m = 1/ Ra, es decir, el valor es (1164 0.999) .

Tabla 4. Resultados experimentales parte C. Resistencia Ra

Medicin de corrientes y voltajes DC. Elemento lineal (Resistencia Ra)

Corriente de ReferenciaV (V)VI (mA)I (mA)

10mA1,2820,001150,2

2,1340,001250,2

3,260,01400,2

4,30,1500,2

5,570,01650,2

6,460,01750,2

7,340,01850,2

8,110,01950,2

9,420,011100,2

10,270,011200,2

11,180,011300,2

12,370,011450,2

13,270,011550,2

14,120,011650,2

150,011750,2

16,320,011900,2

Grfico 1. Elemento lineal

Ahora con el bombillo que es el elemento no lineal, se realizaron dos ajustes a la grafica uno era de un polinomio de tercer grado y la otra una funcin de potencia. Para ambas graficas no se observa ninguna linealidad indicando que si es un elemento no lineal, ya que, la relacin V/I no es constante.

Tabla 5. Resultados experimentales parte C. elemento no lineal

Medicin de corrientes y voltajes DC. Elemento No lineal (bombillo).

Corriente de ReferenciaV (V)VI (mA)I (mA)

500 mA1,1740,001300,0009

2,0440,001450,0005

3,2030,001600,0003

4,180,01700,002

5,220,01750,002

6,030,01780,002

7,050,01800,001

8,120,01850,001

9,350,01900,001

10,180,0190,50,001

11,20,1950,009

12,310,011000,0008

13,170,011050,0008

14,150,01105,20,0007

150,11100,007

160,1110,20,006

17,020,011150,0006

18,070,01115,50,0006

19,190,011200,0005

20,340,011250,0005

Grfico 2. Elemento no lineal. Ajuste polinomio de tercer grado.

Grfico 3. Elemento no lineal. Ajuste a una ley de potencia: i=A VB

Tabla 6. Datos de linealizacin. Ajuste de la ley de potenciaDatos Log (V) y log (I). Elemento no lineal

logV (V)LogI (mA)

0,0701,477

0,3101,653

0,5061,778

0,6211,845

0,7181,875

0,7801,892

0,8481,903

0,9101,929

0,9711,954

1,0081,957

1,0491,978

1,0902,000

1,1202,021

1,1512,022

1,1762,041

1,2042,042

1,2312,061

1,2572,063

1,2832,079

1,3082,097

Grfico 4. Datos de logaritmo para la linealizacin

Para este ultimo ajuste se procedi a calcular el log(V) vs. Log (I) para obtener una grfica linealizada y obtener as los valores de A y B. precisos y ver si corresponden con los valores del ajuste potencial. Obteniendo asi: para A= 0,0005 , B= 2,1806. La ley de ohm establece que, a una temperatura dada, existe una proporcionalidad directa entre la diferencia de potencial V aplicada entre los extremos de una resistencia R y la intensidad de corriente I que circula por dicho elemento. V=IxR. La ley de Ohm no es una propiedad general de la materia, ya que no todas las sustancias y dispositivos la obedecen. Una sustenacia que se comporta de acuerdo con la ley de ohm, recibe el nombre de conductor hmnico o conductor lineal y tiene un comportamiento V/I =cte; caso contrario, el conductor se denomina no lineal. Tal es el caso del bombillo donde a diferencia de la resistencia la relacin voltaje y corriente no se conserva. Es decir varia con respecto a cada punto de la grafica por lo tanto no cumple con la ley de ohm y como observamos una lnea curva. Tambin observamos que al aumentar el voltaje aumentaba tambin la corriente por lo cual hubo un momento donde el bombillo se encendi ya que la intensidad lumnica tuvo un incremento. El ajuste polinmico de grado tres es ms exacto, puesto que tiene un menor error. Pero de ambas maneras el bombillo no presenta una linealidad en su grfica, por lo que la relacin de v /i no es constante.

PREGUNTAS

1. Explique brevemente por qu la resistencia interna de un voltmetro debe ser muy grande, mientras que la resistencia interna de un ampermetro debe ser muy pequea.

La resistencia interna del ampermetro debe ser pequea casi cero, para qu no altere la medida de la corriente que se va a medir, y esto se debe a que el ampermetro siempre tiene una resistencia y esta reduce ligeramente la corriente alejndonos de su valor original. En cambio el voltmetro debe tener una resistencia interna grande, ya que, el voltmetro afecta la diferencia de potencial para ello se desva la mnima intensidad posible, necesitando una resistencia grande.

2. En la escala de ohmios del multmetro, cul zona es ms precisa, la mitad derecha o la mitad izquierda?

La mitad izquierda, porque si las resistencias a medir son bajas, demandan una corriente de gran amperaje que desva enormemente la aguja del galvanmetro.

3. Por qu cuando un multmetro no est en uso, nunca debe dejarse la perilla selectora en los rangos de resistencias?

Porque el multmetro posee una pila interna y si los cables del multmetro hacen contacto directa o indirectamente, la pila del mismo se consumira, ya que la resistencia interna del aparato demandara una gran cantidad de corriente.

4. A partir de la relacin del nmero de vueltas (N2/N1) que se ha determinado para el transformador, cul sera el voltaje V1 en el primario si se aplicara al secundario 20 voltios AC?V2/V1= N2/N1-----> V1 = (V2.N1) / N2 ----> V1= (20). (1/0.19) = 105,3v Cul sera el voltaje V2 del secundario si se aplicara al primario 20 voltios DC?Si V1 es 20 volts con corriente continua no se observa ningn efecto

5. Un estudiante decide instalar el alumbrado de su casa y se equivoca conectando dos lmparas en serie a la red de 120 V. Si uno de los bombillos es de 25 W y el otro de 60 W. Cul brillar ms?

El bombillo que brilla ms, es el que disipa mayor cantidad de energa, si los bombillos estn conectados en serie, el que disipa ms energa es el que posee mayor resistencia, y este es el bombillo de 60 W.

BIBLIOGRAFA

Figueroa D. y Snchez A. (2010). Laboratorio 2 de Fsica. Universidad Simn Bolvar, Venezuela. Pg. 01 Sears, Zemansky y otros (2005). Fsica Universitaria con fsica moderna. Undcima edicin. Vol. II. Pg. 951 Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas. Departamento de Fsica. Documento en lnea: http://www.dfi.uchile.cl/labfi35a/Experim_all/ley-Ohm.pdf (consulta: 14/02/2014) Departamento de Fsica y Electrnica. Universidad de Puerto Rico en Humacao (2011-2012) http://mate.uprh.edu/~iramos/old/pdfs/lab1.pdf