C.E.C. y T.“CUAUHTEMOC” ACADEMIA DE FISICA LABORATORIO DE FISICA IV MARZO 2013 PRACTICA 5 I.-Nombre: GALVANÓMETRO Y MOTOR ELECTRICO II.-Objetivos: a) Reproducirá los fenómenos físicos relativos a la práctica. b) Adaptara un galvanómetro para que funcione como voltímetro. c) Convertirá un galvanómetro en amperímetro. d) Armara un motor elemental de C.D. y lo hará funcionar. III.-Consideraciones teóricas. GALVANÓMETRO es un dispositivo electromecánico capas de medir corrientes eléctricas de hasta un microampere, como es el caso del galvanómetro D´Arsonval utilizados en laboratorios de física. El principio del funcionamiento del galvanómetro es el par motor y puede moverse una aguja acoplada a una bobina o a un imán, sobre una escala para indicarnos una medición. Dependiendo del acoplamiento con la aguja, el galvanómetro puede ser de un imán móvil o de una bobina móvil, a la vez cada tipo de medidor se puede llamar de acuerdo a sus características propias, como por ejemplo el galvanómetro de D´Arsonval, de cuadro móvil o bobina móvil, el electrodinamómetro; etc. En esta práctica usaremos uno de cuadro móvil. Este galvanómetro consta fundamentalmente de una bobina devanada en un núcleo de hierro y colocado en el entrehierro de un imán cilíndrico. En el entrehierro el campo magnético es uniforme. La bobina esta pivoteada por el centro y sostiene en su cuerpo una aguja de aluminio, esta ultima acoplada a una escala donde se lee el valor de la corriente, tal como se muestra en la figura 1. El funcionamiento consiste en que cuando circula corriente por la bobina aparece un campo magnético al interior de esta, que al interaccionar con el campo del imán permanente, por efecto motor aparece un par de fuerzas en la primera, causa de su giro. El giro es proporcional al par de fuerzas y este a la intensidad de corriente en la bobina. 0 Escala 0 Escala Pieza polar N Bobina S bobina Figura 1 Voltmetro o voltímetro es un dispositivo electromecánico utilizado para medir potencial eléctrico, diferencia de potencial o fem, esta compuesto esencialmente de un galvanómetro conectado en serie con una resistencia eléctrica como se muestra en la figura 2, este resistor conocido como multiplicadora sirve propiamente para limitar la corriente que circulara por la bobina del galvanómetro durante la medición; la resistencia de este resistor limitador es -2 /FIV/P5/MARZO-2013comúnmente de mayor valor que la resistencia del galvanómetro. Rg la resistencia del galvanómetro e I la corriente máxima que se pretende medir con el amperímetro. Rg Ig G + RL Figura 2 Rm AMPERÍMETRO O AMPERMETRO es un medidor de corriente eléctrica. fundamentalmente esta compuesto de un galvanómetro y un resistor conectado en paralelo con el primero. porque propiamente esta en su función. -3 /FIV/P5/MARZO-2013- . El valor de la resistencia multiplicadora puede calcularse con la expresión: RL = V − Rg Ig donde V es el voltaje que medirá el galvanómetro a plena escala. Al resistor también se le llama resistencia Shunt. para evitar que el exceso de corriente en la bobina del galvanómetro lo averié. ver figura 3. Ig la sensibilidad del galvanómetro o corriente necesaria en el galvanómetro para que la aguja se desvié toda la escala y Rg es la resistencia de la bobina del galvanómetro. aquí le llamaremos resistor derivador de corriente. Es común que la resistencia del resistor derivador sea muy pequeña respecto a la resistencia del galvanómetro. Rg Ig Rsh + - RL Figura 3 La resistencia derivadora se puede calcular con la expresión: Rd = I g Rg I − Ig donde Ig es la sensibilidad del galvanómetro. derivar la mayor parte de la corriente que se va a medir. Vamos a convertirlo en un voltímetro capaz de medir 10 Volts máximo. Un galvanómetro de Rg =1 KΩ.4 V a plena escala. calculemos con la ecuación correspondiente la resistencia multiplicadora. Un multimetro iii. Espacio para cálculo. proporcionado por un imán o una bobina fija llamada estator y una bobina móvil en el interior del estator llamada rotor. Eje de giro Conmutador N S + - Escobillas + + Figura 4 anillos rozantes IV. conversión de un galvanómetro a voltímetro. V. Para esto.C. su principio de funcionamiento es el efecto motor. Un motor elemental de C. Ig =400 µA ii./C. cómo su nombre lo indica el rotor.MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO.A.-El galvanómetro que se le proporciono es capaz de medir una diferencia de potencial de 0. Un resistor de 24x103 Ω. 2 W v. por conmutador o anillos rozantes respectivamente. vii.MOTOR ELECTRICO es un dispositivo electromecánico que convierte energía eléctrica en energía mecánica. iv. semejante al descrito para el galvanómetro. Un resistor de 43 Ω. Un tablero para conexiones. B.Con su multímetro verifique que la fuente le este proporcionando una fem de 9 V. Su principio de funcionamiento es el efecto motor. Los motores elementales pueden ser de corriente directa o de corriente alterna y solo se diferencian en la forma de alimentación del rotor. Consta fundamentalmente de un campo magnético uniforme. solo que en este se usan procedimientos mecánicos o eléctricos para mantener el momento del par en la misma dirección. con accesorios. según lo muestran las características asentadas. tiene la posibilidad de girar ya que esta suspendido de dos soportes.D.DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Experimento 1. 2 W vi.D.D.. Una fuente de tensión eléctrica de 0-12 V.. i. 2 W y uno de 1 KΩ.C. a fin de el giro del rotor se de 2 π radianes.. -4 /FIV/P5/MARZO-2013- . A. tal como se muestra en la figura 4. Arme en su tablero el circuito mostrado en la figura 6b. Conteste: 1. G + Rm + figura 5 voltímetro convertido V + voltímetro comercial D..-Aplicando la ley de Ohm.-Arme el dispositivo en su tablero.C. tal como lo especifican sus características. mida la corriente y regístrela. Para esto. el voltaje medido en el voltímetro comercial utilizado debe ser igual al medido en el voltímetro convertido. 25 veces su sensibilidad.D. I=__________________ A C.-El galvanómetro del equipo puede medir solo hasta 4x10-4 A. -5 /FIV/P5/MARZO-2013- . donde aparece la resistencia multiplicadora. I= V = ----. Si su conversión esta bien hecha. ( ) Para convertir un galvanómetro en un voltímetro se requiere conectarle un resistor adecuado en: a) paralelo b)serie c)serie paralelo d) mixto 2. Ahora lo convertiremos en un amperímetro capaz de medir hasta 10mA. ( ) La caída de tensión en los resistores es: a) mayor a Rg b) mayor a RL c) igual en ambos d) menor a RL EXPERIMENTO 2. Área para cálculos B. donde aparecen dos amperímetro. calculemos la resistencia derivadora usando la ecuación correspondiente..-Con su multimetro verifique que su fuente de alimentación le esta proporcionando 9 V. Cierre el interruptor de la fuente y verifique que los dos amperímetros miden la misma corriente.=_______________ A R D. CONVERSIÓN DE UN GALVANÓMETRO EN UN AMPERÍMETRO. calcule la corriente que circula por el circuito. Apáguela y aplique a un resistor de 1 KΩ y un amperímetro comercial como se muestra en la figura 6a. el circuito mostrado en la figura 5.C. ( ) El resistor conectado es en magnitud: a) mayor a RL b) mayor a Rg c) menor a RL d) igual a Rg 3. uno comercial y otro convertido con un galvanómetro y una resistencia derivadora calculada. A.-Cierre el interruptor de la fuente. Cierre el interruptor. por cada incremento de tensión deje funcionando el motor 5 segundos. simplemente: a) aumentando la fem de alimentación b) disminuyendo la fem de alimentación c) invirtiendo su alimentación d) invirtiendo su alimentación y el sentido del campo D.-El motor proporcionado funciona como motor de C. ( ) Se puede cambiar el sentido de giro del rotor de un motor de C. simplemente: a) aumentando la fem de alimentación b) disminuyendo la fem de alimentación c) invirtiendo su alimentación y el sentido del campo d) invirtiendo el sentido del campo . si las escobillas de este se colocan en el centro del cilindro. Apague la fuente. lugar donde se localiza el conmutador. se utiliza para hacer que el momento del par mecánico conserve su sentido del giro durante 2π radianes se llama: a) rotor b) estator c) anillo rozante d) conmutador C.C.D.D. B.C.D. Observe el sentido del giro. Invierta las terminales de alimentación y con la perilla selectora de tensión de 6 V.-Coloque la perilla de la fuente de alimentación en posición de 1.D.D. Coloque las escobillas en su lugar y alimente al motor con una fuente de tensión de 4.. Conteste 1.D.Conteste: 1.5 V. aplique la fuente al motor y encienda. Invierta la posición de los imanes y con la perilla selectora de 6 V.D..C. ( ) El dispositivo en que el motor elemental de C. A.. Conteste: 1. Funcionando.D.D..-Verifique que la fuente este apagada. MOTOR DE C.C..5 V. ( ) Para convertir un galvanómetro en un amperímetro se requiere conectarle un resistor adecuado en: a) paralelo b) serie c) serie paralelo d)mixto 2.D.C.D. encienda la fuente. ( ) Al aumentar la fem con la que se alimenta un motor de C. y apáguela.Encienda la fuente por 10 seg. su rapidez angular: a) Disminuye b) aumenta c) no cambia d) se anula 2.Verifique que la fuente esta apagada. Conteste: 1. incremente 1. ( ) La corriente en los resistores es: a) mayor en Rg b) menor en Rg c) igual en ambos d) mayor en Rd R=1 kΩ A + figura 6a G + R=1 kΩ Rd A + + figura 6b - V=9 volt EXPERIMENTO 3. la alimentación hasta llegar a 6 V. Observe el sentido del giro. ( ) Se puede cambiar el sentido del giro del motor de C.D. encienda la fuente.C.5 V. ( ) El resistor conectado es en magnitud: a) mayor en Rd b) menor en Rd c) igual a Rg d) ) menor a Rg 3.