Trabajo Práctico N° 1

Alumno: Agustin Avila

Javier Candalaft

Matias Diffelippo

Joan Manfrida

Jefe de Trabajos Prácticos: Cullen Patricio

Fecha: 6/04/14

Materia: Física II

1- Fundamentos Teóricos y Materiales Empleados

VOLTIMETRO – AMPERIMETRO – OHMETRO.

Los tres principales instrumentos de medición de magnitudes eléctricas son:

1. Amperímetro, para intensidades de corrientes.2. Voltímetro, para diferencias de potencial o tensiones.3. Óhmetro, para resistencias.

Las características de estos medidores a menudo se combinan en una unidad formando un instrumento compacto denominado “Instrumento Múltiple o Tester”.

Amperímetro:

El amperímetro es un instrumento que se usa para indicar el valor de la corriente en un circuito eléctrico.Para medir la corriente eléctrica el amperímetro debe conectarse en serie con el circuito. La Figura 1, ilustra la forma correcta de conexión de un amperímetro.El mecanismo principal del amperímetro convencional es la bobina móvil o mecanismo de D´Ansorval, utilizándose un indicador solidario a dicha bobina para señalar en una escala calibrada la cantidad de corriente que circula.Los mecanismos medidores están clasificados generalmente según la cantidad de corriente que requieren para que la aguja indicadora llegue al tope de la escala. Esta clasificación se llama sensibilidad del amperímetro.

Figura 1

a) Amperímetro de corriente continua.

Un amperímetro convencional de corriente continua (CC), emplea solamente el mecanismo de bobina móvil para la medición de la corriente.Una de las características a tener en cuenta es que la corriente debe pasar a través del instrumento sólo en la dirección que indica la polaridad del mismo.

Figura 2

La figura 2, muestra un amperímetro de CC conectado a un circuito eléctrico. Las resistencias Ra y Rc representan la resistencia del amperímetro y la resistencia total del circuito, respectivamente. Cuando se construye el amperímetro se elige la resistencia Ra tan pequeña como sea posible, para que el valor de la corriente indicada por el mecanismo sea lo más cercano posible al verdadero valor que circula por el circuito y no sea alterado por dicha resistencia Ra.Se notará que el instrumento tiene terminales marcados con los signos + y - para indicar la correcta conexión del mismo circuito.

El amperímetro de la Figura 2, tiene la desventaja de ser útil solamente para indicar un solo valor máximo de CC, o sea, tiene un solo alcance de medición.Para medir valores mayores de CC debe incorporarse al sistema una resistencia en paralelo, denominada "shunt" del amperímetro.Para lograr la desviación de la aguja indicadora hasta el tope de la escala, el shunt del amperímetro brinda un camino a fin de desviar la corriente que excede a la permitida por el mecanismo móvil.Figura 3

Supongamos que la sensibilidad del mecanismo del amperímetro presenta un valor de 1Ampere (Figura 3), y que con el agregado de una resistencia shunt de valor adecuado, el circuito del amperímetro permita pasar un total de 5 Ampere, debido a que 4 Ampere pasan a través de la resistencia

shunt. De esta manera, se habrá determinado un incremento en el alcance del instrumento.Un amperímetro de alcances múltiples emplea varias resistencias shunt (Figura 4), conectadas por intermedio de una llave selectora S1, para permitir la medición de varios órdenes de magnitudes de corriente.

Figura 4

b) Amperímetro de corriente alterna El amperímetro de corriente alterna (CA) más común es similar en construcción y aplicación al amperímetro de corriente contínua (CC).Sin embargo, requiere el uso de un circuito adicional, un "rectificador" para convertir la CA en CC pues el mecanismo de bobina móvil así lo requiere.

Precauciones para el uso del Amperímetro

Un amperímetro es un instrumento costoso, que puede deteriorarse Fácilmente si no se lo utiliza como corresponde. Un golpe o movimiento brusco puede alterar su delicado mecanismo de funcionamiento.

También un flujo excesivo de corriente, a través de la bobina que cause la desviación de la aguja hasta el tope de la escala puede arruinar el mecanismo.Por estas razones deben considerarse las siguientes precauciones:

1-conectar el amperímetro con la parte del circuito a través de la cual se quiere medir el paso de corriente, siempre en serie.

2-no conectar nunca un amperímetro en paralelo con una fuente de tensión.3-utilizar un alcance suficientemente grande como para evitar que la aguja llegue al tope de la escala. Al medir un valor de corriente desconociendo su orden de magnitud, se comenzará siempre con el más alto alcance del instrumento, bajando luego hasta lograr el alcance apropiado, teniendo en cuenta que las indicaciones más seguras se tienen en la región central de la escala.4-se observará la polaridad adecuada cuando se conecte un amperímetro de CC en un circuito. En la mayoría de los casos el borne de color rojo es el positivo y el negro el negativo.

VoltímetroEl voltímetro es un instrumento empleado para indicar la magnitud de diferencias de potencial o tensiones eléctricas en un circuito. Para obtener una correcta medida de las tensiones en un circuito el voltímetro debe conectarse en paralelo con la parte de circuito involucrada (Figura 5).

Figura 5

a) Voltímetro de corriente continua

Figura 6

La figura 6, muestra los componentes de un voltímetro (dentro de la línea de trazos), el cual está conectado a fin de medir la tensión.Vemos que el circuito del voltímetro está compuesto por un amperímetro en serie con una resistencia Rm, de elevado valor

con el objeto de reducir el aflujo de corriente a través del mecanismo.La corriente debe atravesar el instrumento en una sola dirección.Tal como se observa en la figura 6, cuando el voltímetro está aplicado en los extremos de una resistencia R1, componente de un circuito, la corriente total se divide entre dicha resistencia R1, y la resistencia del voltímetro.El flujo de corriente a través del voltímetro causa una desviación de la aguja. Si calibramos la escala del mecanismo en Volt de acuerdo a la correspondencia de las diferencias de potencial aplicadas a los extremos de la bobina móvil, y las corrientes que la atraviesan (Función de la resistencia de la bobina y sus resistencias en serie), puede obtenerse una escala completa de tensiones.Esta escala se extiende desde cero hasta el punto donde la tensión aplicada al circuito del voltímetro produce suficiente corriente y logra la máxima desviación de la aguja.La resistencia Rm se denomina "Resistencia Multiplicadora", ya que si su valor es aumentado se necesitará aumentar la tensión aplicada a fin de lograr la corriente máxima que determina la máxima desviación de la aguja indicadora.Se aumenta de este modo la capacidad del voltímetro.Mediante la adecuada elección de resistencias multiplicadoras, y disponiéndolas tal como se indica en figura 7, se obtiene un voltímetro de alcances múltiples.

Figura 7

Precauciones para el uso del voltímetro.

Un voltímetro debe usarse de acuerdo con las precauciones N°3 y 4, para los amperímetros.

Óhmetro

El óhmetro, es un instrumento que permite medir la resistencia eléctrica que ofrece un circuito eléctrico, o una parte del mismo.La manera adecuada de conectar un óhmetro está ilustrada en la figura 8.En la figura 8, se puntualiza una precaución muy importante, consistente en que: un óhmetro nunca debe aplicarse a un circuito hasta que la fuente de energía haya sido conectada.

Figura 8

Óhmetro serie

El óhmetro serie (Figura 9), es el tipo más comúnmente empleado y está diseñado para medir resistencias cualesquiera sea su valor. La escala comprende desde cero Ohm hasta infinito.Con infinito se indica una gran resistencia, casi tan grande como al de un aislante.

Figura 9

Si observamos la figura 9, vemos que la resistencia R2 actúa como shunt variable para el mecanismo medidor Ra, y que estos elementos están en serie con la batería, y la resistencia fija R1.El propósito de R1 es limitar el flujo de corriente a través del óhmetro hasta el valor de intensidad necesario para desviar la aguja del óhmetro hasta el tope de la escala (cero).El óhmetro debe ser ajustado. Esta se realiza uniendo las dos puntas de prueba y regulando la resistencia variable R2 hasta que la aguja indicadora se sitúe en el tope de la escala.|Cuando se conecta una resistencia Rx a medir entre los terminales + y - del óhmetro se produce una disminución de la intensidad de corriente circulante en mayor o menor medida de acuerdo al valor de Rx verificándose el descenso de la aguja indicadora. Si Rx es igual a R1, la aguja se sitúa aproximadamente en la mitad de la escala. Si Rx es el doble de R1, fluye por el circuito una corriente aún menor y se obtiene

sólo una pequeña desviación de la aguja. Por lo tanto, si se calibra la escala del instrumento en muchos puntos, el aparato indicará directamente el valor de la resistencia que se ha colocado entre los terminales del óhmetro. La escala indica resistencia cero a la derecha (desviación máxima de la aguja) e infinito a la izquierda (poco o ninguna desviación).El óhmetro, así como el amperímetro y el voltímetro, tiene más de un alcance. Loas distintos alcances se obtienen con resistencias fijas dispuestas como shunts, tal como se muestra en la figura 10.

Figura 10

Como la escala del óhmetro no es lineal, los valores leídos en la porción de la misma correspondiente a altas resistencias resultan difíciles de interpretar dado que en este sector a pequeños cambios de la posición de la aguja corresponden grandes cambios del valor leído de la resistencia. Para obtener valores con

precisión razonable, se deberá ajustar el selector de alcances de mismo que la indicación de la aguja resulte en la región media de la escala.Es muy importante tener en cuenta que para determinar una lectura con la mayor exactitud posible deben colocarse las puntas de prueba en cortocircuito y variar el ajuste en cero de cada uno de los alcances que se vayan usando durante la medición.

Óhmetros Shunt

Cuando el valor de la resistencia a medir es extremadamente bajo, se obtiene mayor precisión mediante el uso del óhmetro shunt.Este tipo de óhmetro se utiliza en aplicaciones de laboratorio donde se debe atender a la exactitud. Solamente diremos que en este instrumento la escala está invertida con respecto al óhmetro serie, estando la posición cero Ohm a la izquierda, mientras que la resistencia máxima (no más que algunos cientos de Ohm o menos), se encuentra a la derecha.

Precauciones para el uso del óhmetro

A causa de su delicado mecanismo medidor, se deben tener en cuenta, en general, las mismas precauciones citadas para el caso de amperímetros y voltímetros.Además, un óhmetro no debe conectarse por ninguna causa en un circuito mientras la fuente de energía esté conectada al mismo.

2- Desarrollo de la Experiencia

Tema:- Ampliación de escala de un microamprimetro- Construcción de un voltímetro a partir de un microamprimetro- Calculo del error de la medición

Objetivo:

- El objetivo de esta práctica es que el alumno pueda comprobar que la medición de cualquier parámetro de un circuito, ya sea tensión o corriente, se pude realizar a partir de unMicro amperímetro colocando, según sea el caso, resistencias en serie o en paralelo con este, de modo tal que el rango resultante de este nuevo instrumento sea acorde al valor máximo del parámetro que se quiera medir.

Desarrollo

Se debe medir la intensidad de corriente de un circuito:

Pero los amperímetros solamente miden hasta 0.5 mA, por eso necesitamos ampliar la escala del amperímetro de la siguiente manera.

Utilizando resistencias variables para poder ampliar la escala del amperímetro.

Se utiliza una fem de 10v para poder seleccionar las resistencias necesarias para poder ampliar la escala del amperímetro de manera tal que cuando bajemos la potencia de la fem a 6v podamos utilizar el amperímetro sin romper el instrumento.

Cálculos:

V=I .R

I=10V /10000Ω

I=1 x10−3 A

Intensidad que pasa por la resistencia de 10k ohm

Luego cuando llega al nodo se divide en dos Intensidades

Tengo que la intensidad que pasa por Rg es 50μAY la resistencia Rg= 2930 ΩEntonces el voltaje es: 0.1465V

Luego llendo a la resistencia shunt

V=0.1465V

V=I.R

R= 0.1465V

(1mA−5 x10−5 A)=154.21Ω

Por ultimo por regla de tres tenemos lo siguiente

10V1Ma50mA

6V0.6mAx

X=30mA

Los causantes de los posibles errores de mediciones en el ensayo se pueden deber a un error de calibraje en la fem y en las resistencias variables

e% = Vr−VmVr

x 100 30mA−29.5mA

30mAx100≅ 1.6 %

Construcción del Voltímetro

Desarrollo

En esta experiencia tuvimos que calcular una resistencia adicional, para poder construir un voltímetro de rango 0-5V, a partir de un microamperietro de fondo de escala de 50μA

Medición

Una vez armado el circuito se medirá el valor de la fuente, variando gradualmente el cursor hasta llegar a 5V.

Para verificar la correcta medición se conectará en paralelo un multitester con nuestro instrumento dicho valor será considerado como real y se lo utilizará posteriormente para el cálculo del error.

Cálculos:

V=I .R

V=5V

R=Rg+Ra

Rg=2930Ω

Ra= 5V

5 x10−5 A−2930Ω

Ra=97070Ω

e% = Vr−VmVr

x 10097070Ω−97069.35Ω97070Ω

x100≅ 0.66 %

Conclusiones

Las conclusiones que se pueden sacar es que a pesar que experimental mente pudimos casi comprobar exactamente lo pedido existen errores de calibraje.