amperimetro

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

CIRCUITOS ELECTRICOS “AMPERIMETRO, VOLTIMETRO Y RESISTENCIAS ELECTRICAS” PROFESOR ENCARGADO DEL CURSO: Tang Cruz, Oscar Enrique INTEGRANTES:

LIMA – PERU 2010

I.

OBJETIVOS 

Conocer el funcionamiento del amperímetro y voltímetro



Identificar resistencias por código de colores



Usar el multimetro para medir el voltaje, corriente y resistencia y entender sus características para ser usado adecuadamente en un circuito eléctrico.

II.

TABLAS DE DATOS Tabla I Voltaje de la fuente: 6 V

N°

Voltaje (V)

1 2 3

8,1 8,2 8,2

Intensidad de

Resistencia (teórica) (Ω)

corriente (mA) 23 8 4

330 ± 5% 1000 ± 5% 2000 ± 5%

Tabla II

N°

V1 (V)

V2 (V)

I (mA)

1 2

7,1 6,0

1,17 2,00

3,5 6,0

R 1 (teórica)

R 2 (teórica)

(Ω) 2000 1000

(Ω) 330 330

R 1 (exp) (Ω)

R 2 (exp) (Ω)

2028,6 1000

334,3 333,3

Tabla III N° 1 2 3

R (experimental) (Ω) 352,17 1025,0 2050,0

E% 6,72 2,50 2,50

Tabla IV N°

(V1+V2) (V)

E%

1 2

III.

8,17 8,00

36,16 33,33

OBSERVACIONES, SUGERENCIAS Y CONCLUSIONES En la Tabla 1 se pueden observar los resultados de la primera experiencia, en primer lugar se aprecia que el voltaje que se midió en el circuito es diferente al que se colocó en la fuente de alimentación, ya que teóricamente se debió medir 6V y en lugar de ello se midió valores de alrededor de 8V; esta variaciones pueden deberse a que el equipo se encuentra muy desgastado. En referencia a los resultados de la tabla 3, se puede observar que los errores son relativamente pequeños, es decir, los valores de las

resistencias teóricas y

experimentales se asemejan mucho. Posiblemente la diferencia entre ambos se podría deber al hecho de no considerar a la resistencia ofrecida por los cables, a pesar de modificar en muy pequeña proporción la medición. Además de los cables, los aparatos de medición como el amperímetro que se coloca en serie respecto al circuito también ofrece una resistencia al flujo de electrones, por lo que también se debe considerar como fuente de error. En el caso del segundo experimento, se trató de comprobar que en circuito compuesto por dos resistencias y una fuente de alimentación colocado en serie el voltaje se reparte directamente proporcional a la magnitud de la resistencia; de acuerdo a los resultados de la tabla 2 y 4, se puede apreciar que la diferencia entre los voltajes experimentales y teóricos es alta debido a que se comparó la suma de voltajes de las resistencias con el voltaje que se colocó en la fuente de alimentación (6V). El porcentaje de error habría resultado menor si la comparación se hubiera llevado a cabo con el voltaje medido entre las dos resistencias (8V). Además se calculó las resistencias experimentales y si se comparan con las teóricas, se observa que son muy cercanas.

Como sugerencia se debe dar un mantenimiento constante y una buena calibración a los instrumentos de medición de tal manera que los resultados que se obtengan sean fiables. Las conclusiones de este primer laboratorio son las siguientes: 

En un circuito eléctrico real, no sólo las resistencias ofrecen un obstáculo al flujo electrónico, sino que también los instrumentos de medición y los mismos cables también contribuyen con la resistencia, pero por cuestiones prácticas no se toman en cuenta.



El instrumento de medición más básico es el amperímetro, ya que a partir de este se han desarrollado otros como el voltímetro, el ohmnímetro y el multímetro.



La comparación de las medidas experimentales y teóricas de las resistencias fueron exitosas, ya que el porcentaje de error fue bajo.

IV.

CUESTIONARIO 1. Describa como se conecta un amperímetro y un voltímetro a un circuito

El amperímetro debe ser conectado en serie, mientras que el voltímetro de forma análoga se coloca en paralelo. 2. ¿Cómo debe conectarse un amperímetro a un dispositivo?

Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperímetro, por lo que éste debe colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente.

3. ¿Cómo debe ser la resistencia interna de un amperímetro? ¿Por qué? Idealmente un amperímetro debe tener una resistencia cero o cercana a ella para que la corriente a medir no sea alterada. En el circuito que se muestra en la figura, esta situación requiere una resistencia que sea mucho menor que R1 + R2. Dado que cualquier amperímetro tiene siempre algo de resistencia interna, su presencia en un circuito hace que la corriente sea ligeramente menor a la que tendría en ausencia de ella.

4. ¿Cómo debe conectarse un voltímetro a un dispositivo? El voltímetro mide la diferencia de potencial. La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera en un circuito, puede medirse si se une las terminales del voltímetro entre los puntos sin abrir el circuito como se muestra en la figura 2. La diferencia de potencial aplicada al R 2 se mide al conectar el voltímetro en paralelo con R2. De nuevo es necesario tener cuidado con la polaridad del instrumento. La terminal positiva del voltímetro debe estar conectada al extremo que tenga el potencial más alto y la terminal negativa al extremo del resistor de menor potencial.

5. ¿Cómo debe ser la resistencia interna de un voltímetro? ¿Por que? Un voltímetro ideal tiene una resistencia infinita que impide que la corriente no pase a través de él. En la figura, este estado requiere que el voltímetro tenga una resistencia mucho mayor a R2. En la práctica, si no se cumple esta condición, deberán hacerse correcciones en función a la resistencia del voltímetro.

6. ¿Se puede usar el voltímetro y el amperímetro por encima de sus rangos establecidos? Fundamente su respuesta. No, porque nos arrojarían datos erróneos los cuales dificultarían el trabajo de laboratorio. Al igual que en los amperímetros podemos ampliar el campo de medida de un voltímetro. En este caso para conseguir dicha ampliación tenemos que conectar resistencias en serie. Sin ninguna resistencia adicional por ejemplo algunos voltímetros pueden medir valores de hasta 0,1V. Podemos llegar a medir valores de hasta 750V pero, a partir de los 500V aproximadamente, debemos colocar las resistencias adicionales fuera

del voltímetro para que no se produzcan errores debido al calentamiento. Todo lo dicho hasta ahora se refiere a la medida de tensiones en corriente continua, pero también podemos medir tensiones en corriente alterna introduciendo pequeños cambios. Al igual que los amperímetros, con este mismo tipo de medida la forma más sencilla es añadir un rectificador. 7. Analice e interprete los resultados de la Tabla III. En el experimento se trabajo con resistencia con código de colores, de estas se obtuvo una resistencia teórica semejante a la resistencia en la practica. Pero en algunas ocasiones las resistencias pueden ser diferentes, esto se debe a que la resistencia paso mucho tiempo conectada al circuito y ocasiono un calentamiento de esta generando falsos resultados. Según Serway (2005): El efecto calorífico, también llamado efecto Joule, puede ser explicado a partir del mecanismo de conducción de los electrones en un metal. La energía disipada en los choques internos aumenta la agitación térmica del material, lo que da lugar a un aumento de la temperatura y a la consiguiente producción de calor. La ley de Joule, por su parte, puede ser enfocada como una consecuencia de la interpretación energética de la ley de Ohm. Si I.R representa la energía disipada por cada unidad de carga, la energía total que se disipa en el conductor en forma de calor, cuando haya sido atravesado por una carga q, será: Q = q.I.R

8. Analice e interprete los resultados de la Tabla IV. El error experimental observado en ambos circuitos se podría deber como se menciono anteriormente al calentamiento de las resistencias en estudio y al efecto joule. Dado que las sumas de voltajes debería ser en ambos casos de 8.0V, 8.17V respectivamente ya que la fuente tomó estos valores, sin embargo el valor obtenido experimentalmente no se aleja mucho de las fuentes por lo cual podríamos decir que las resistencias se encuentran dentro de los parámetros establecidos para obtener un buen rendimiento de ellas.

9. En el circuito que se muestra halle las lecturas del amperímetro y voltímetro.

I

En el problema para hallar los valores de voltaje e intensidad de corriente en el voltímetro y amperímetro respectivamente, lo primero que se tiene que saber es la resistencia equivalente del circuito. El voltímetro con la resistencia de 200Ω se encuentran en paralelo. La resistencia obtenida es de 196.08Ω. La resistencia equivalente entre el voltímetro y la resistencia de 200Ω es196.05Ω y esta a su vez con la resistencia del amperímetro (5Ω) se encuentran en serie. Entonces la resistencia equivalente final del circuito es de 201.08. Teniendo la resistencia equivalente y sabiendo el valor de la fuente que es de 20V se puede hallar la intensidad de corriente del sistema: V = IxR 20 = Ix201.08 I = 0.099A Esta intensidad es la que va a pasar por el amperímetro ya que en un circuito en serie la intensidad va a ser la misma. La lectura del voltímetro al encontrarse en paralelo con la resistencia de 200Ω va a ser la misma que pase por dicha resistencia. Para hallar este voltaje se utiliza la misma formula antes mencionada. V = IxR La intensidad que pasa por la resistencia de 200Ω se halla por proporción aritmética la cual nos arroja un valor de 0.097.

Finalmente se procederá a reemplazar los datos en la ecuación. V = 0.097x200Ω V = 19.4V 10. Una corriente que pasa por una resistencia R al ser medida por un amperímetro de resistencia interna Ra, indica un cierto valor. Si dicha corriente se mide con otro amperímetro cuya resistencia interna es el doble. ¿Su valor aumenta o disminuye?. Fundamente su respuesta. Su valor disminuye, matemáticamente se puede expresar este fenómeno como a continuación se describe:

1er caso V = IxR V = Ix(R + Ra) I = V/(R + Ra)

2do caso V = IxR V = Ix(R + 2Ra) I= V/(R + 2Ra) Se puede observar que en el 2do caso el denominador va a ser mayor, por lo tanto se puede deducir que el valor de la intensidad será menor. La presencia de una resistencia en el amperímetro hace que la corriente se altere disminuyendo su valor, debido a la mayor resistencia al paso de corriente. 11. Se mide la diferencia de potencial (voltaje) de una resistencia con un voltímetro de resistencia interna Rv, esta indica un cierto valor, en la misma resistencia se mide la diferencia de potencial con otro voltímetro de resistencia interna es la mitad de la anterior. ¿Su valor aumenta o disminuye? Fundamente su respuesta.

De la misma manera que en la pregunta anterior se puede demostrar mediante conceptos matemáticos.

1er caso V = IxR V = I(1/R + 1/Rv) V = Ix(RvxR/R + Rv)

2do caso V = IxR V = I(1/R + 2/Rv) V = Ix(RvxR/2R + Rv) Se aprecia de la misma manera que el ejemplo anterior que su valor va a disminuir. 12. Indique cual es el valor de las resistencias que tienen los Siguientes colores. a. b. c. d.

Rojo, azul, violeta, dorado. Verde, amarillo, anaranjado, plateado. Marrón, violeta, negro, sin color. Amarillo, marrón, verde, dorado.

Solución: a. 26x107 + 5% = 273MΩ - 5% = 247MΩ b. 54x103 +10% = 59400Ω - 10% = 48600Ω c. 17x100 + 20% = 20.4Ω

- 20% = 13.6Ω d. 41x105 + 5% = 4.305MΩ - 5% = 3.895MΩ

13. Se desea comprar resistencias de 220Ω, 330Ω, 33Ω, 1kΩ con una tolerancia de 10%. Diga usted que colores es necesario mencionarle al vendedor. Solución: a. 220Ω : Rojo, anaranjado, marrón, plateado 23x101 + 10% = 241.5Ω 23x101 - 10% = 218.5Ω b. 330Ω: Anaranjado, amarillo, marrón, plateado 34x101 + 10% = 374Ω 34x101 - 10% = 306Ω c. 33Ω: Anaranjado, amarillo, negro, plateado 34x100 + 10% = 37.4Ω 34x100 - 10% = 30.6Ω d.1kΩ: Blanco, gris, marrón, plateado 98x101 + 10% = 1078Ω 98x101 - 10% = 882Ω

V.

BIBLIOGRAFIA



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

RAYMOND A. SERWAY – Física para Ciencias en Ingenierías – Volumen 2. Sexta Edición. México: Edit. Internacional Thomson Editores, S.A, 2005. SCRIBD, Manejo del multímetro: http://www.scribd.com/doc/6307043/Manejo-del-Multimetro. Página web consultada el 03 de setiembre del 2010 BOLTON, W. 1995. Mediciones y pruebas eléctricas y electrónicas. Editorial Marcombo. Colombia



DE LA CRUZ ROMERO, GUILLERMO. Fisica, editorial Coveñas S.A.C.Lima-

Perú.

Capítulo

15

Electricidad,

páginas

300-

309.Consultado el 1 de abril del 2009. 

SEARS, W. ZEMANSKY, M. YOUNG, H. FREEDMAN, R. 2004. Física Universitaria. Volumen II. Undécima edición. Pearson Educación. México. SERWAY, R. A- JEWETT, J. W. 2005. Electricidad y magnetismo. 6ª edición. Cengage Learning Editores