PRACTICA DE LABORATORIO Nº1INSTRUMENTOS DE MEDIDAS ELECTRICAS

1.- OBJETIVO.- Calcular y analizar el campo eléctrico.

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO.-Ley De Coulomb:A partir de los experimentos de Coulomb, se generalizan las propiedades de la fuerza eléctrica entre dos partículas inmóviles con carga. Para ello se usa el término carga pun- tual que hace referencia a una partícula con carga de tamaño cero. El comportamiento eléctrico de electrones y protones queda muy bien descrito si se representan como cargas puntuales. Debido a observaciones experimentales es posible encontrar la magnitud de una fuerza eléctrica (a veces llamada fuerza de Coulomb) entre dos cargas puntuales esta- blecidas por la ley de Coulomb:

F=Ke∗|q1||q2|

r2 ∗r⃗ [N ]

q1 q0

El campo eléctricoLas fuerzas de campo actúan a través del espacio y producen algún efecto, aun cuando no exista contacto físico entre los objetos que interactúan. El campo gravitacional g como un punto en el espacio debido a una fuente particular fue definido en la sección 13.4, como igual a la fuerza gravitacional Fg que actúa sobre una partícula de prueba de masa m dividida entre esa masa: g Fg/m. El concepto de campo fue desarrollado por Michael Faraday (1791-1867).en relación con las fuerzas eléctricas, y es de un valor tan práctico que en los siguientescapítulos recibe mucha atención. En este planteamiento, existe un campo eléctrico en la región del espacio que rodea a un objeto con carga: la carga fuente. Cuando otro objeto con carga —la carga de prueba— entra en este campo eléctrico, una fuerza eléctrica actúa sobre él. Para ejemplificar, observe la figura 23.10, que muestra una pequeña carga de prueba positiva q 0 colocada cerca de un segundo objeto con una carga positiva Q mucho mayor. El campo eléctrico provocado por la carga fuente en la carga de prueba se definecomo la fuerza eléctrica sobre la carga de prueba por carga unitaria, o, para mayor claridad,el vector E del campo eléctrico en un punto en el espacio se define como la fuerza eléctricaFe, que actúa sobre una carga de prueba positiva q0 colocada en ese punto, dividida entre la caraga de prueba.

Lineas de campo eléctricoEn física las líneas de campo son una ayuda para visualizar un campo electroestático, magnético o cualquier otro campo vectorial estático. Esencialmente forman un mapa del campo.

Las líneas de campo (o líneas de fuerza) son líneas imaginarias que nos ayudan a visualizar como va variando la dirección de campo eléctrico al pasar por un punto a otro del espacio, indican las trayectorias que seguirían la unidad de carga positiva si se le abandona libremente, por lo que las líneas de campo salen de las cargas positivas y llegan a cargas negativas, además el campo eléctrico será un vector tangente a la línea en cualquier punto considerado:

Líneas de campo eléctrico para dos cargas puntuales de igual magnitud y de signo opuesto (un dipolo eléctrico). El número de líneas que salen de la carga positiva es igual al númeroque termina en la carga negativa. b) Pequeñas partículas suspendidas en aceite se alinean con el campo eléctrico.

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.Los instrumentos de medición eléctrica, se han ido desarrollando a la par con el desarrollo de los fenómenos eléctricos y de los avances científicos actuales, desde el experimento pionero de Coulomb, esta ciencia cada día adquiere notable importancia en el desarrollo de la humanidad hasta este siglo.

Sea la siguiente figura:

Líneas de campo

Fig.1 I

Campo Magnético R A⃗

Fig.2

Líneas de campo eléctrico

Fig.3

Fig.4 AMPERIMETRO (A): SERIEUn amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un micro amperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio. 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.

VOLTIMETRO (V, J/S): PARAPELOUn voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito eléctrico. Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable.

Ω

C

VATIMETRO: POTENCIA ELÉCTRICA SERIE Y PARALELOEl vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial.

OHMETRO (Ὠ)Un óhmetro, u Ohmímetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica. El diseño de un ohmímetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego mediante un galvanómetro medir la corriente que circula a través de la resistencia.

FARADIO (F)Unidad de capacidad eléctrica, es la capacidad de un conductor tal que cargado con una carga de un culombio, adquiere un potencial electrostático de un voltio. Su símbolo es F. Es una unidad relativamente grande, por lo que se usan submúltiplos como el µF, nF y pF.

C

HENRIO(Hz)Un henrio1 o henry2 (símbolo h3) es la unidad para la inductancia eléctrica en el sistema internacional de unidades. Es la inductancia eléctrica de un circuito cerrado en el que se produce una fuerza electromotriz de 1 voltio, cuando la corriente eléctrica que recorre el circuito varía uniformemente a razón de un amperio por segundo. Su nombre fue dado en honor del físico estadounidense Joseph Henry.

MULTITESTERUn multitester es un instrumento muy importante sino el mas importante para el uso en electronica, ya que posee en un solo dispositivo la mayoria de los instrumentos necesarios para trabajar en el electronica, es decir, el voltimetro, amperimetro, ohmetro, esos tres basicamente, luego tienen medidor de continuidad, en otros casos ademas poseen capacimetros, medidor de beta de transistores y hasta frecuencimetro.Cada uno de esos instrumentos los seleccionas con la perilla que tiene en medio segun lo que necesites medirVoltimetro mide diferencia de potencial o tension, su unidad es el VoltAmperimetro mide corriente y su unidad es el AmperOhmetro mide la resistencia y su unidad es el OhmCapacimetro mide condensadores y su unidad es el Faradio aunque simpre con divisores, (uF, microfaradios)Frecuencimetro mide frecuencia o ciclos por segundos y su unidad es el Herz

2.1. CLASIFICACIÓN;

a) Por el uso: Instrumentos de tablero. Instrumentos portátiles. Instrumentos de laboratorio.

b) Por el principio de funcionamiento:

Instrumentos de inducción Instrumentos electrostáticos. Instrumentos electrodinámicos Instrumentos magnetoeléctricos

Instrumentos electrónicos. Electro térmicos

Entre otros instrumentos de medición eléctrica podemos mencionar:

- Magneto eléctrico- Electrostático- Por inducción- Electrónicos

Corriente alterna y continua

La corriente continua (CC o CD) se genera a partir de un flujo continuo de electrones (cargas negativas) siempre en el mismo sentido, el cual es desde el polo negativo de la fuente al polo positivo. Al desplazarse en este sentido los electrones, los huecos o ausencias de electrones (cargas positivas) lo hacen en sentido contrario, es decir, desde el polo positivo al negativo.

Por convenio, se toma como corriente eléctrica al flujo de cargas positivas, aunque éste es a consecuencia del flujo de electrones, por tanto el sentido de la corriente eléctrica es del polo positivo de la fuente al polo negativo y contrario al flujo de electrones y siempre tiene el mismo signo.

La corriente continua se caracteriza por su tensión, porque, al tener un flujo de electrones prefijado pero continuo en el tiempo, proporciona un valor fijo de ésta (de signo continuo), y en la gráfica V-t (tensión tiempo) se representa como una línea recta de valor V. Ej: Corriente de +1v

Figura 1.1 Corriente Continua

En la corriente alterna (CA), los electrones no se desplazan de un polo a otro, sino que a partir de su posición fija en el cable (centro), oscilan de un lado al otro de su centro, dentro de un

mismo entorno o amplitud, a una frecuencia determinada (número de oscilaciones por segundo).

Por tanto, la corriente así generada (contraria al flujo de electrones) no es un flujo en un sentido constante, sino que va cambiando de sentido y por tanto de signo continuamente, con tanta rapidez como la frecuencia de oscilación de los electrones.

En la gráfica V-t, la corriente alterna se representa como una curva u onda, que puede ser de diferentes formas (cuadrada, sinusoidal, triangular...) pero siempre caracterizada por su amplitud (tensión de cresta positiva a cresta negativa de onda), frecuencia (número de oscilaciones de la onda en un segundo) y período (tiempo que tarda en dar una oscilación).

Ej: Corriente de 2Vpp (pico a pico) de amplitud, frecuencia 476'2 Hz (oscilaciones/seg..........)

Figura 1.2 Corriente Alterna

También se pueden emplear corrientes combinación de ambas, donde la componente continua eleva o desciende la señal alterna de nivel. Ej: Aplicando las dos señales anteriores, tenemos:

Figura 1.3 Corrientes Combinadas

Sensibilidad de los instrumentos

La sensibilidad de un instrumento se determina por la intensidad de corriente necesaria para producir una desviación completa de la aguja indicadora a través de la escala. El grado de sensibilidad se expresa de dos maneras, según se trate de un amperímetro o de un voltímetro.

En el primer caso, la sensibilidad del instrumento se indica por el número de amperios, miliamperios o microamperios que deben fluir por la bobina para producir una desviación completa. Así, un instrumento que tiene una sensibilidad de 1 miliamperio, requiere un miliamperio para producir dicha desviación, etc.

En el caso de un voltímetro, la sensibilidad se expresa de acuerdo con el número de ohmios por voltio, es decir, la resistencia del instrumento. Para que un voltímetro sea preciso, debe tomar una corriente insignificante del circuito y esto se obtiene mediante alta resistencia.

El número de ohmios por voltio de un voltímetro se obtiene dividiendo la resistencia total del instrumento entre el voltaje máximo que puede medirse. Por ejemplo, un instrumento con una resistencia interna de 300000 ohmios y una escala para un máximo de 300 voltios, tendrá una sensibilidad de 1000 ohmios por voltio. Para trabajo general, los voltímetros deben tener cuando menos 1000 ohmios por voltio.

2.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

Todos los instrumentos analógicos, están basados en el sistema de bobina móvil. Este sistema se basa en el efecto de la corriente. Una bovina rectangular giratoria está situada entre los polos de un potente imán permanente.El imán permanente, los recubrimientos polares, el núcleo de hierro de la bobina móvil, la bobina móvil sin el núcleo de hierro, y el marco de aluminio de la bobina móvil.

3.-MATERIALES Y EQUIPO.-

Fuente de alimentación Multi-tester Resistencia Amperímetro Cables para conexiones Accesorios. Instrumentos de medida Conductores de unión

4.- MONTAJE DEL EXPERIMENTO

5.- EJECUCIÓN DEL EXPERIMENTOa) PRIMERAMENTE hacer la coneccion de la fuente de energía

Realizar esta operación para cada condensador Tener cuidado de poner el capacímetro en su máxima capacidad e ir rebajando hasta encontrar la medición más correcta.Tener cuidado, para algunos condensadores tienen polaridad.

Medición de Resistencia variable e Intensidad de CorrientePreparar el circuito para el amperímetro y la resistencia variable, adaptando un milímetro para medir el voltaje con el que trabajamos y conectados a una fuente.(como en la fig. 2).Una vez armado el circuito procedemos a encender la fuente Cambiamos la intensidad de corriente en la misma.Observamos la lectura en el milímetro y anotamos el voltaje con el que trabajamosMedimos la intensidad de corriente con el amperímetro, comenzando en su máxima capacidad y rebajando con el selector hasta encontrar la medida más adecuada (esto para no quemar el amperímetro), anotamos la medida que nos muestra el amperímetro.

6. OBTENCIÓN Y REGISTRO DE DATOS.-

Nº Voltaje [V] Intensidad[A]

1 0.59 0.072 1.33 0.153 2.07 0.224 2.78 0.35 3.67 0.46 4.56 0.49

7.- CÁLCULOS Y ANÁLISIS.-Tabla N°1

N°

Voltaje[V]

Intensidad[A]

Potencia[w]

1 0,59 0,07 0,04132 1,33 0,15 0,19953 2,07 0,22 0,45544 2,78 0,3 0,8345 3,67 0,4 1,4686 4,56 0,49 2,2344

Ʃ 15 1,63 5,2326

Calculo de potencial (P=Potencia Eléctrico) [W]:El potencial es:

P=V∗I ;

P=∑i=1

n=6

Pi

n

P=5,23266

→ P=0.8721[W ]

Linealización de la ecuación: P=V∗I ;

Sea: I [A ]= y [Variable Dependiente .];

V [V ]=x [Variable . Independiente .]

La ecuación linealizada será: y=a+bx (a)

Ecuación con la que corregiremos los datos de la variable dependiente

Entonces la tabla correspondiente será:Tabla n° 2Nº x(V )

[V]y(I)[A]

xy[W]

x2

[V2]y2

[A2]y`=a+bx

[A]

1 0,59 0,07 0,0413 0,3481 0,0049 0,0686372 1,33 0,15 0,1995 1,7689 0,0225 0,1472993 2,07 0,22 0,4554 4,2849 0,0484 0,2259614 2,78 0,3 0,834 7,7284 0,09 0,3014345 3,67 0,4 1,468 13,4689 0,16 0,3960416 4,56 0,49 2,2344 20,7936 0,2401 0,490648∑ 15 1,63 5,2326 48,3928 0,5659 1,63002

Para los puntos corregidos se usa la siguientes el método del mínimos cuadrados:Para la constante b:

b=n∑ xy−∑ x∑ y

n∑ x2−(∑ x )2…………… ..(b)

b=6∗(5,2326 )−(15 )∗(1,63)

6∗( 48,3928 )−(15)2 b=0.1063

Para la constante a:

a=∑ y−b∑ x

n………………(c)

→ a=1,63−(0.1063∗15)

6; → a=0.00592

Reemplazando las ec. c, b en a resulta la ecuación linealizada y` = 0,00592+0.1063x

8. CONCLUSIONESEn conclusión podemos afirmar que se han cumplidos los objetivos planteados. Se debe tener mucho cuidado en el uso de los instrumentos eléctricos de medición y hacer un buen uso de ellos, ya que es muy importante la disposición en serie o paralelo de cada instrumento, entre otras cosas también dentro el estudio de la electricidad y magnetismo, la simbología es determinante para el correcto uso de los instrumentos.La potencia eléctrica promedio obtenida en laboratorio será:

P=0.8721[W ]9. CUESTIONARIO a) Hacer la gráfica de dispersión de datos:Según los datos obtenidos en la tabla n° 1 la gráfica 1 es:

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

f(x) = 0.106272032902468 x + 0.00598658441049743

GRAFICA N° 1

VOLTAJE (V)

INTE

NSID

AD D

E CO

RRIE

NTE

(A)

Donde observados una mínima dispersión de datos.

b) Hacer la gráfica de datos con la ec. linealizada. De la tabla N° 2 la gráfica con la ec. linealizada resulta.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

f(x) = 0.1063 x + 0.00591999999999993

GRAFICA N° 1

VOLTAJE (V)

INTE

NSI

DAD

DE

CORR

IEN

TE (A

)

10.- BIBLIOGRAFIA

- FISICA III LEYVA NAVEROS.

- Física de HOLLIDAY – RESNICK