UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIALA MOLINA INFORME 1: AMPERIMETROS, VOLTIMETROS Y RESISTENCIAS ELECTRICAS CURSO : Circuitos eléctricos GRUPO : H* PROFESOR : Huisacaina Soto, Héctor INTEGRANTES : Alvarez Murgueytio, Claudia Vanessa 20111387 Güisa Salazar, Mayra 20110457 Perez Rivera, Mario 20110471 La Molina, Setiembre del 2014 I. INTRODUCCIÓN Los instrumentos de medición a utilizar son instrumentos destinados a la medición de magnitudes eléctricas, entre los cuales están el Voltímetro el cual mide diferencia de potencial eléctrico en voltios o submúltiplos; el Amperímetros que mide intensidad de corriente eléctrica en ampere o submúltiplos. La resistencia eléctrica a veces se marca con el número del valor de su resistencia, pero la forma más común y con la cual se marcan las resistencias de valores más pequeños es utilizando bandas de color alrededor del elemento para indicar su valor resistivo. Al momento de realizar la lectura de la resistencia de un elemento y se pretende hacerlo por el método del código de colores, y Óhmetros que mide la resistencia eléctrica en Ohm (Ω) o submúltiplos (Fabian, 2013). Los tres instrumentos pueden presentarse en forma independiente o agrupados en un solo instrumento llamado Multímetro o, como se lo denomina comúnmente, Como las magnitudes a medir están comprendidas en un rango muy amplio de valores, los voltímetros y amperímetros poseen un selector que nos permite seleccionar la escala que mejor se adecue al valor de la magnitud a medir. Esto es, el valor a medir quedará comprendido entre el cero y un valor máximo, denominado fondo de escala, que será superior al mismo (Fabian, 2013). En el informe se reportan datos experimentales se voltaje, intensidad de corriente eléctrica y resistencias eléctricas teóricas, los cuales se comparan con los resistencias eléctricas experimentales II. OBJETIVOS Conocer el funcionamiento del amperímetro y voltímetro. Identificar resistencias por código de colores. Usar el multímetro digital para medir voltajes, resistencias y entender sus características para ser usado adecuadamente en un circuito eléctrico. III. MATERIALES Y METODOS 3.1. Materiales y equipos Amperímetro analógico Voltímetro digital Dos resistencias de carbón Protoboard Fuente electromotriz Cables de conexión 3.2. Procedimiento experimental Experimento 1 a) Con un voltaje aproximado de 6V en la fuente de alimentación, se monta el circuito mostrado en la figura: Figura 1: Experimento N°1 b) Se verifica el voltaje real de la fuente de alimentación con ayuda del voltímetro y anotar. c) Se mide la intensidad de corriente que fluye en la resistencia 1 y anotar d) Se mide los voltajes e intensidades de corrientes para cada una de las resistencias restantes y anotar. e) Se anota el valor teórico de cada una de las resistencias usadas con ayuda de la tabla de código de colores. Experimento 2 a) Con un voltaje aproximado de 6V en la fuente de alimentación, se monta el circuito siguiente: Figura 2: Segunda experimentación b) Se mide el voltaje real de la fuente de alimentación con el voltímetro. c) Se mide el voltaje real de la fuente de alimentación con el voltímetro d) Se conecta dos resistencias (del mismo orden de magnitud), luego se mide el voltaje y la corriente en cada una de de las resistencias y anotar. e) Se repite el mismo paso para el otro par de resistencias y anotar los datos respectivos. f) Se anota el valor teórico para cada par de resistencias usadas en el circuito con ayuda de la tabla de código de colores. IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES En la Tabla 1 podemos observar los valores que se tomaron al instalar el Experimento N°1, se tomaron los valores de voltaje e intensidad de corriente, con un voltímetro y amperímetro respectivamente. Y se obtuvo los datos de resistencia teórica en base al código de colores. Tabla 1: Recopilación de datos del experimento 1 Nº Voltaje (V) Intensidad de corriente (A) Resistencia Teórica (Ω) 1 7.6 0.011 820 2 7.4 0.039 150 La Tabla 2 muestra los datos del experimento 2, un circuito dado en el laboratorio el cual también se midió con un voltímetro para hallar el voltaje en cada resistencia, y se midió la intensidad colocando un amperímetro en el circuito. Este amperímetro se conectó en serie, puesto que debe medir la corriente eléctrica en amperios que fluye sobre una rama de un circuito eléctrico. Tabla 2: Recopilación de datos del experimento 2 Nº V1 (V) V2 (V) I (A) R1 (teórica) R2 (teórica) 1 6.4 1.11 0.0063 820 150 Según Navarro (2012) la ley de Ohm establece que, a una temperatura dada, existe una proporcionalidad directa entre la diferencia del potencial que se aplica entre los extremos de un conductor y la intensidad de la corriente que circula por él. La resistencia experimental se obtuvo mediante la utilización de la ley de Ohm V=IR, que indica que el voltaje es igual a la resistencia por la intensidad de corriente. Y se puede observar en la Tabla 3 los resultados de resistencias obtenidos en el experimento, y el porcentaje de error en comparación con la resistencia teórica. El porcentaje de error en el n°1 muestra que el valor experimental es menor al teórico y también es un porcentaje pequeño, para el caso de la resistencia n°2 el resultado negativo indica que el valor experimental excede al teórico. Tabla 3: Procesamiento de datos del experimento 1 Nº R (experimental) Error (%) 1 690.9090909 0.157427938 2 189.7435897 -0.264957265 La tabla 4 muestra los valores de voltaje del experimento 2 para cada resistencia y compara la sumatoria con la el valor de voltaje obtenido de la fuente. Tabla 4: Procesamiento de datos del experimento 2 Nº V1 + V2 V teórico (fuente) Error (%) 1 7.51 7.55 0.53 V. CONCLUSIONES En el experimento se mostró que los valores de resistencia experimental son 690 y 189. El porcentaje de error es de 0.15 y -026. Obteniéndose lecturas cercanas al valor teórico, lo que indica una buen estado de los equipos para una correcta medición. Se debe tener en cuenta que el selector de rango debe estar en una escala mayor al voltaje que se desea medir. VI. RECOMENDACIONES - Utilizar de manera indicada las resistencias de carbono para obtener una interacción correcta con el protoboard, así se tiene resultados precisos y mejor exactitud. - Evitar confusiones de conexión de serie y paralelo entre los equipos (multímetro y amperímetro). - Tener cuidado en colocar los puntos positivos y negativos a la hora de la formación del circuito. - Manejar con cuidado la lectura del amperímetro, ya que debe estar en la escala correcta, para el uso adecuado de los datos. - Revisar las resistencias que presenten un menor error porcentual para evitar VII. CUESTIONARIO 1. ¿Cómo debe conectarse un amperímetro para medir la corriente en un dispositivo? Un amperímetro debe conectarse en serie dentro de un circuito eléctrico, reparándose en abrir el circuito para la conexión serie del amperímetro y conservar la continuidad. Jamás debe conectarse un amperímetro a los bornes de una fuente de potencial, como una pila, o en paralelo con cualquier componente entre cuyos extremos exista una caída o diferencia de tensión, como ocurre en los resistores; si esto ocurre el amperímetro quedaría inservible. (Laster, 1985) La figura 3 indica gráficamente cómo se conecta el amperímetro en un circuito. Figura 3. Utilización del amperímetro en la medida de la intensidad de corriente. 2. ¿Cómo debe ser la resistencia interna de un amperímetro? ¿Por qué? Según Giménez (2000), lo ideal es que el amperímetro presenta una resistencia interna cercana a cero ohmios, porque este instrumento al ser conectado en serie con los elementos del circuito no deben presentar alguna alteración de la resistencia total del circuito es decir que la lectura del amperímetro debe ser la más exacta posible y que la resistencia interna del de esta no interfiera en el respuesta real del circuito. 3. ¿Cómo debe conectarse un voltímetro para medir el voltaje en un dispositivo? El voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito, la forma de medir es uniendo las terminales del voltímetro entre estos puntos sin abrir el circuito, como está en la Figura 4. La diferencia de potencia se mide al conectar el voltímetro en paralelo con R2. La terminal positiva del voltímetro debe estar conectada al extremo del resistor que tenga el potencial más alto, y la terminal negativa al extremo del resistor con menor potencial. Figura 4. Esquema de un voltímetro conectado a una corriente Fuente: Jewett et. al.(2005) 4. ¿Cómo debe ser la resistencia interna en un voltímetro? ¿Por qué? La resistencia interna de un voltímetro tiene que ser muy elevada, porque de esta manera no cambian de manera notable la distribución de voltaje (o la carga) del circuito donde se aplican. (Fowler, 1994). 5. ¿Se puede usar el voltímetro y el amperímetro por encima de sus rangos establecidos? Fundamente su respuesta Smith et. al. (1992), explica que los voltímetros análogos son medidos mediante una aguja que indica el valor correspondiente dependiendo de la escala, si no se registra el valor se cambia de escala ; por otro lado los voltímetros digitales se obtiene la lectura por medio de números, es más preciso que el análogo. El amperímetro mide la intensidad y si esta registra valores menores a lo que el instrumento puede medir en dicha escala, solo indicará el valor de 1 y si es mayor a lo que puede registrar, el valor de la lectura no será estable. Por estas razones las escalas de estos instrumentos se cambian dependiendo de los valores a reportar. 6. Analice e interprete los resultados de la Tabla III En el cuadro 3 se reportan los valores experimentales de las resistencias eléctricas hallados con los datos encontrados en la cuadro 1, para cada una de las resistencias trabajadas, como también el error porcentual para cada uno de estos casos comparándolos con los valores teóricos. Resistencia de carbón comercial, esto permite que las resistencias experimentales varíen de acuerdo al rango esperado, por lo tanto los valores obtenidos son apropiados (Carretero et al., 2009). 7. Analice e interprete los resultados de la tabla IV. En la tabla IV podemos observar el bajo porcentaje de error (0.53%) que muestra la suma de las diferencias de potencial en las resistencias 1 y 2, con respecto a el voltaje suministrado por la fuente de alimentación. Esto indica la eficacia del instrumento, es decir, que son confiables las lecturas del voltímetro analógico, a pesar de no ser tan exactas como la de un voltímetro digital. Sin embargo, para un inexperto, puede resultar tedioso la visualización de la lectura en el voltímetro analógico, siendo posiblemente esto la causa de ese pequeño margen de error. 8. En el circuito que se muestra halle las lecturas del amperímetro y voltímetro, considerando que tienen la resistencia interna como se indica en la figura. Solucionando: La resistencia equivalente entre Rv y R A = (10 4 *200)/(10 4 +200)= 196.08 Ω Resistencia equivalente del circuito= 196.08 + 5 = 201.08 Ω Usando ley de Ohm: V = IR I = V/R => (20/201.08) = 0.099464 A = 99.464 mA I v + I R = 0.099464 y (I v /I R ) = (1/50) I v = 1k; I R = 50k 1k + 50k = 0.099464 k = 1.95*10-3 I R = 0.0975A V R = I R *R = = 0.0975*200 =19.503 V Por lo tanto el amperímetro registra una corriente eléctrica de 99.464 mA y el voltímetro es 19.503V. 9. Una corriente que pasa por una resistencia R al ser medida por un amperímetro de resistencia interna R A, indica un cierto valor. Si dicha corriente se mide con otro amperímetro cuya resistencia interna es la mitad. ¿su valor aumenta o disminuye? Fundamente su respuesta. En el primer caso, al medir la corriente con un amperímetro de resistencia interna igual a Ra, la intensidad arrojara un cierto valor, que aumentará si la resistencia del amperímetro disminuye, tal es el segundo caso en el que la resistencia se reduce a la mitad (Ra/2) y esto debido a que según la ley de Ohm, la intensidad y la resistencia son inversamente proporcionales. Según Tipler (2006), lo ideal sería que un amperímetro tuviera una resistencia muy pequeña, con lo que el cambia que se produciría en la intensidad que se quiere medir seria pequeño. 10. 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 que es el doble que el anterior. ¿Su valor aumenta o disminuye? Fundamente su respuesta. Ejemplo: Datos usados en la figura 1 y 2: Resistencia del circuito (R) = 2 Ω Resistencia interna del amperímetro 1 = 2 Ω Voltaje = 12 V Con esos datos la intensidad de corriente es igual a 3 A (figura 2), pero si la resistencia interna es 1 Ω, la Intensidad seria 4 A , por lo tanto el valor aumenta, esto sucede porque la resistencia interna del amperímetro es menor y al ser tomada con la resistencia R nos dará la intensidad más cercana al valor del circuito sin amperímetro que seria 6 A ya que un amperímetro ideal la resistencia interna es cercana a cero ohmios para no contrarrestar el valor real de la intensidad que pasa por el circuito. 11. Indique cual es el valor de las resistencias que tienen los siguientes colores. Según Cirovic (1991) las resistencias que se encuentran en el mercado tienen en el exterior unos círculos o bandas de colores pintadas cerca de un extremo de la resistencia que nos indican el valor de su resistencia eléctrica. El código de las cinco bandas se utiliza para resistencias de precisión así: 1. La primera banda representa la primera cifra. 2. La segunda banda representa la segunda cifra. 3. La tercera banda representa el número de ceros que siguen a los tres primeros números. (Si la cuarta banda es negra no hay ceros en el número, si esta banda es dorada se divide por 10 y si esta banda es plateada se divide por 100). 4. La cuarta banda representa la tolerancia. El café o marrón indica el 1%, el rojo indica un 2% y si es verde tiene una tolerancia del 0.5%. Figura 5. Circuito sin amperímetro Figura 6. Circuito con amperímetro Para reconocer el valor de las resistencias nos basamos en el código de colores visto en la Figura 6, los resultados a hallar son los siguientes: a. Azul, rojo, violeta, dorado. b. Verde, amarillo, anaranjado, plateado. c. Marrón, violeta, negro, sin color. d. Amarillo, marrón, verde, dorado. Figura 7. Código de colores Tabla 5: Resultados de cada banda de colores de las distintas resistencias dadas Enunciado Primer código Segundo código Multiplicador Tolerancia Resistencia total a Azul Rojo Violeta Dorado 62*10 7 +/ - 5%= 620M + / - 5% b Verde Amarillo Anaranjado Plateado 54*10 3+/ - 10%=54k + / - 10% 12. Se desea comprar resistencias de 330Ω, 33Ω, 1kΩ y 250 kΩ con una tolerancia de 10%. Diga usted que colores es necesario mencionar al vendedor. 330Ω: Naranja, naranja, marrón y plateado. 33Ω: Naranja, naranja, negro y plateado. 1kΩ: Marrón, negro, rojo y plateado. 250 k Ω: Rojo, verde, amarillo y plateado. VIII. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA - CARRETERO, A. FERRERO, F. SÁNCHEZ, J. SÁNCHEZ, P. VALERO, A. 2009. Electrónica: Electricidad y electrónica. Editorial EDITEX. - CIROVIC, M. 1991 Electrónica fundamental: dispositivos, circuitos y sistemas. Editorial Reverté S.A. Pp. 3-5. España. - FABIAN, B. 2013.Manual de laboratorio en eléctrica y electrónica. Universidad de Don Bosco. Revisado el: 01/09/2014. Disponible en: www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/electrica-tecnologico/redeselectricas/2013/i/guia- 1.pdf. Revisado el 30 de Octubre del 2014. - FOWLER, R (1994). Electricidad principios y aplicaciones. Editorial Reverté, S.A. Barcelona, España. - GIMENEZ, L. 2000. Manual de Circuitos Electrónicos. Universidad Simón Bolívar de Venezuela. - LASTER, C (1985). Guia del radioaficionado principiante. Editorial Marcobombo. Barcelona, España. - NAVARRO (2012). “Guia de Laboratorio: Fundamentos Físicos de la Ingeniería- Práctica 18. Ley de Ohm” c Marrón Violeta Negro Sin color 17*1 +/ - 20%= 17 + / - 20% d Amarillo Marrón Verde Dorado 41*10 5 +/ - 5%=4.1 M + / - 5% - SMITH, R. Y STANLEY, W. 1992. Guía para mediciones electrónicas y prácticas de laboratorio. Editorial Pearson. México. - TIPLET, P (2006) Fisica preuniversitaria. Volumen 2. . Editorial Reverté, S.A. Barcelona, España.