lab4de fiii divisor de tension[1]

7/18/2019 Lab4de FIII Divisor de Tension[1]

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LABORATORIO FÍSICA III

EXPERIENCIA N° 4 DISIVSOR DE TENSION

1. OBJETIVOS

Derivar pequeñas tensiones a partir de una tensión disponible

Si se conecta una carga al divisor de tensión (resistencia de carga Rl), se

habrá sometido a cargar el divisor de tensión

El circuito puente se compone de la conexión en paralelo de dos divisores

de tensión

2. MATERIALESEn este experimento usamos tar!eta insertable "#i train $% de divisor de tensiónS&'*+E

3. FUNDAMENTO TEÓRICO

DIVISOR DE TENSIÓN LIBRE DE CARGA

En la tecnolog-a de medición, a menudo es necesario derivar pequeñas

tensiones a partir de una tensión disponible Esto es posible por medio deun divisor de tensión "n divisor de tensión, como se muestra en la imagensiguiente, se compone de dos resistencias, R% . R, conectadas en serieEn los bornes externos se aplica la tensión de alimentación ", la cual sedivide en las tensiones "* . "De acuerdo con la le. de división detensión, es valido lo siguiente/

"*0"1"

2a intensidad de corriente en el divisor de tensión, de acuerdo con la le.de &hm, tiene el siguiente valor/3 la ca-da de tensión en las dos resistencias es igual a/Si se introducen los valores calculados de intensidad de corriente en estasdos ecuaciones, se obtiene la siguiente ecuación para ambas divisiones detensión/

Estas ecuaciones solo son validas, si no se toma corriente del divisor detensión, esto es, si se encuentra libre de carga

1

Lab 4: Divisor De Tensión




DIVISOR DE TENSIÓN CON CARGA

Si se conecta una carga al divisor de tensión (en la imagen siguiente unaresistencia de carga Rl), se habrá sometido a cargar el divisor de tensión4 trav5s de la resistencia de carga circula la corriente de carga ., atrav5s de la resistencia , la componente transversal de corriente 4trav5s de 6lu.e la suma de estas dos corrientes 2a componentetransversal de corriente genera perdidas de calor en

En el caso de los divisores de tensión libres de carga, la tensión de es

proporcional la relación que existe entre . la resistencia total En el caso de los divisores de tensión sometidos a carga, este o es el casopuesto que se obtiene una caracter-stica mas o menos curvada, que sedi6erencia mas 6uertemente de la caracter-stica lineal del divisor detensión sin carga, mientras menor sea la resistencia de carga, en 6unciónde la resistencia total de este ultimo, esto es, mientras ma.or seala corriente de carga en 6unción de la componente transversal decorriente Esto se debe a que el divisor de tensión sometido a carga secompone del circuito en serie de . del circuito en paralelo de 2a

resistencia de compensación de este circuito en paralelo se puedecalcular de la siguiente manera/

7or tanto, para la tensión de carga del divisor de tensión es valido/

El divisor de tensión libre de carga se obtiene aqu- permitiendo que laresistencia de carga se aproxima al in6inito En cada uno de estos casos

se puede despreciar la resistencia en relación a /

Se puede abreviar . se obtiene la ecuación .a encontrada en el párra6oanterior para el divisor de tensión libre de carga 2a tensión de carga deldivisor de tensión sometido a ella es, por tanto, siempre menor que en elcaso de que no exista carga (marcha en vacio)

2as corrientes e se pueden calcular si se conoce el valor de por

medio de la le. de &hm8 la corriente total % se obtiene por medio de lasuma de estas dos corrientes

2





EXPERIMENTO/ Divisor de tensión

En el siguiente experimento se deben anali9ar dos divisores de tensión di6erentesen lo relativo a las divisiones de tensión con carga:onte el circuito experimental representado a continuación/2a siguiente animación ilustra el monta!e experimental

4bra el instrumento virtual ;oltimetro 4 . seleccione los a!ustes que se detallanen la siguiente tabla 4bra el instrumento virtual ;oltimetro < . seleccióne los a!ustes que se detallanen la tabla siguiente/

=alcule para el divisor de tensión de la i9quierda . la tensión de alimentación dadade *>;, las tensiones parciales (tensión en ) . (tensión en ) con ausenciade carga (el conector puente no esta insertado) 2os valores de resistencia son

1*?@ . 1A,A?@ 4note los valores obtenidos en la siguiente tabla *:ida ahora las tensiones parciales por medio de los volt-metros 4 . <, . anoteigualmente los valores medidos en la tabla *

Divisor de tensión de la

i9quierda

Divisor de tensión de la

derechaB" B" B" B"

Sin carga (calculo) ,C' ,'' ,CA ,'=on carga (medición) ,CA ,' ,C ,

%nserta el conector puente En las dos resistencias RA . R', de ',C?@, seobtiene ahora una resistencia de carga de ',?@ :ida nuevamente, conesta carga , . anote los valores medidos en la tabla %nserte el conector puente <A,para cortocircuitar la carga R' ., de esta manera ,reducir la resistencia de carga a

',C?@ ;uelva a medir las tensiones parciales . anote los resultados en la tabla(#ota/ si se emplea el conector puente <*, el punto de medición :7' se encuentraconectado directamente al punto de medición :7)

:odi6ique el monta!e experimental como se muestra en la animación siguiente paraanali9ar ahora el divisor de tensión que se encuentra a la derecha

3





CIRCUITO PUENTE:

El 7uente de FheatstoneG se utili9a cuando deseamos medir resistenciasel5ctricas por comparación con otras que están calibradas =

Se instalan cuatro resistencias R*, R,

RA . R', tal como muestra la 6igura * R* RA2os puntos 4 . < se unen a los polos 4 <de una 6uente de volta!e ;, uniendo lospuntos = . D a trav5s de ungalvanómetro H R R'

2a resistencias R* . RA, están conectadas Den serie, as- como tambi5n lo están lasresistencias R . R' Estas dos ramasestán conectadas en paralelo

0 +Iigura *

En el tipo de puente que se utili9a en esta experiencia (puente uni6icar), lasresistencias R . R' son sustituidas por un alambre homog5neo cil-ndrico desección per6ectamente constante

"n cursor que se despla9a sobre el puente R*RAhace las veces del punto D 4l cerrar elcircuito con la llave S, se origina unacorriente %8 que la llegar al punto 4 sebi6urca en dos/ "na parte pasa por laresistencia R* (corriente %*) . el restoa traves de la resistencia R (corriente %) D ;

0 +

Entonces se tiene/

% 1 %* 0 %

4


G

G




En la 6igura se puede observar que la di6erencia de potencial entre los puntos 4 . <, es comJn para las dos ramas/ 2a rama 6ormada por las resistencias R* . RA . larama 6ormada por las resistencias R . R'

Se consigue el equilibrio del puente dando un valor 6i!o a R*, . despla9ando elcursor D hasta que el galvanómetro marque cero, es decir, corriente nula

En el equilibrio, la di6erencia de potencial en R* debe ser igual a la di6erencia depotencial en R8 de la misma 6orma la di6erencia de potencial en RA debe de serigual a la di6erencia de potencial en R', es decir

;* 1 ; . ;A 1 ;' K (*)

7or le. de &hm/

%* x R* 1 % x R () . %A x RA 1 %' x R' (A)

Dividiendo () entre (A) /

%* x R* B %A x RA 1 % x R B %' x R' (')

7or condición de equilibrio/ %* 1 %A . % 1 %' K (>)

Entonces de (') se toma la 6orma/ R*BRA 1 RBR' K ()

RA 1 Rx 1 (R'BR) x R* K (C)

2a resistencia de un conductor homog5neo en 6unción de su resistividad , estadado por la relación/

R 1 x (2B4) K (L)

Si reempla9amos (L) en (C) obtenemos/ Rx 1 (2'B2) x R* K ()

=on este resultado podemos determinar 6ácilmente el valor de las resistenciasdesconocida Rx

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4. PROCEDIMIENTOS

* 4rme el circuito de la 6igura =onsidere una resistencia R* del tablero deresistencias . seleccione otra resistencia Rx de la ca!a de resistencias

;ar-e la posición de contacto desli9ante D, a lo largo del hilo hasta que la lecturadel galvanómetro sea cero

A 4note los valores de longitudes del hilo 2 . 2' as- como tambi5n el valor de R*en la tabla *

' "tili9ando la ecuación () halle el valor de la resistencia Rx, luego compárelo conel valor que indica la ca!a de resistencias (d5cada)

> Repita los pasos *, , A, . ' para otras resistencias anotándolas en la tabla *

=omplete la tabla *

=a!a de resistenciasR* (&hm)

2ongitud del hilo Resistencia medida(&hm)

7orcenta!e deerror

2 (cm) 2' (cm) =on elequipo

=ódigo decolores

*L *A LC *,> * ,'M*L *L,* L*, L*,' L ,CAM , C,' 'C,> 'C *,M AA,' , A, A ,AM A,> ,> AA,C AA ,*M L, A*,L *,> * ,> M





5. CUESTIONARIO

1.- Ju!"#"$u% &' %()*%"+, 4 u!"&"/',0 &' &%% 0% 3"*##:

En circuitos de resistencias en los cuales no están 6ormados en agrupacionessencillas, en serie o en paralelo, o en los que existan generadores de 6uer9aelectromotri9 en paralelo, no pueden resolverse, en general por el m5todo deresistencia equivalente Hustav Nirchho66 enuncio por primera ve9 dos reglas quepermite resolver el problema

El problema 6undamental en un circuito consiste en lo siguiente/=onociendo las resistencias . las 6uer9as electromotrices, determinar la corrienteel5ctrica en cada una de las ramas del circuito

Se denomina OnudosO =ada una de los circuitos cerrados o OcuadrosO se denominaOmallaO

2e. P*/ ORegla de los #udosG/ 2a suma de las corrientes que llegan a un nudo esigual a la suma de las corrientes que salen del nudo

2e. P/ ORegla de las :allasG/ 2a suma algebraica de las 6uer9as electromotricesen una malla es igual a la suma algebraica de la ca-da de potencias (Ri) en la mismamalla

2.- 6Cu'&% *%% u!%0 $u% ', "0 &' )"7&% #u%,!% 0% %*** %, &')*%%,!% %()%*"%,"'8

2os errores posibles en esta experiencia pueden ser/

+ En el momento que se tomo las medidas de 2 . 2', para poder equilibrar elsistema

+ El error de la resistencia . podr-a ser por el porcenta!e de error de laresistencia RA, .a que en la ecuación se toma el valor que nos indica la ca!a deresistencias Sin tomar el valor real de esta resistencia

+ &tro error que se podr-a haber dado es la mala observación del tablero deresistencias, donde cada resistencia tiene unas bandas de colores (teniendo cadacolor un valor determinado)

!





9. 6C+ )0*;' %<"!'* %!' #u%,!% 0% %***8

2os errores operativos . ambientales pueden ser estimados tomando muchasmedidas . aplicando análisis estad-stico Qales errores pueden reducirse con undiseño cuidadoso de los sistemas de medida para minimi9ar las inter6erencias delas 6luctuaciones ambientales2os errores de cero . enve!ecimiento pueden ser reducidos con una inspeccióncuidadosa . un mantenimiento de los instrumentos2os errores de lectura, que son errores humanos, pueden reducirse con lautili9ación de dos o más personas que tomen lecturas . que estas personas tomenuna atención especial a lo que hacen

4. E()&"$u% U0. $u% ,0"",% #;"' %("!%, u',0 , )'' **"%,!% )* %&G'&<',+%!*

"n galvanómetro se basa en la interacción de una corriente el5ctrica . un campomagn5tico "sualmente contiene los siguientes elementos/

4l circular la corriente a trav5s de la bobina, se produce un campo magn5tico queinteracciona con el producido por el imán, originando una 6uer9a, la cual da lugar aun torque que hace girar la bobina en un sentido determinado El movimiento de labobina está compensado por el resorte 2a constante de dicho resorte determina

el ángulo girado de la bobina para una corriente dada "na ve9 de6inidas lamagnitud del campo magn5tico, la constante del resorte . la disposición másadecuada de los elementos, el ángulo que gira la bobina móvil (. por lo tanto laagu!a indicadora) es proporcional a la corriente que circula por el galvanómetro

=uando no circula corriente por la bobina, la agu!a imantada se encuentra sometidasólo a la acción del campo magn5tico del imán . se orienta segJn el meridianomagn5tico del lugar, posición que se toma como de re6erencia

5.- 6Cu'&% , & #'!*% $u% ",#&u%, %, &' )*%""+, 0%& )u%,!%

=>EATSTONE '& !*'!'* 0% ,%* %& <'&* 0% u,' *%"!%,"' 0%,"0'86P* $u%8

"





Entre los 6actores que in6lu.en en la precisión del puente de FE4SQ&#E seencuentran/

+ Si algunas de las resistencias son inductivas los potenciales entre los puntos < .D pueden tardar tiempos distintos en llegar a sus valores 6inales al cerrar elcontacto . el galvanómetro señalar-an una desviación inicial aunque el puenteestuviera en equilibrio En estos casos es conveniente esperar un tiempo para queambos puntos alcancen sus valores

+ 2a precisión del Halvanómetro, .a que ello depende determinar el punto en el cualel potencial en los puntos < . DSea el mismo, es decir, cuando el Halvanómetro marca cero, esto in6lu.e laobtención de datos

+ ue la resistencia desconocida no tenga valores mu. pequeños o mu. grandes

?.- 6Cu@& %*"' &' @("' *%"!%,"' $u% )0*;' %0"* , %& )u%,!% 0%=%'!!,%8

2a resistencia máxima seria un equivalente a la resistencia < .a que la ecuación/

Rx 1 2' B 2 x R*

Se obtiene que para Rx sea máximo, ambos valores deben ser máximos 4nalicemosen primer lugar el cociente 2'B2, 7ero que sea máximo, la lectura de 2' debe sermáximo, . la lectura de 2 debe ser m-nimo, en el caso del puente uni6iliar, 2máximo seria *m

4nalicemos el segundo 6actor resistencia A, manteniendo constante el cocientemáximo, .a que queremos hallar el valor máximo de Rx, entonces segJn que valortome la resistencia A (variable) se podrá medir el máximo valor de Rx

. 6P* $u% "*u&' **"%,!% )* %& '&<',+%!* u',0 %& )u%,!% , %!' %,,0"",% 0% %$u"&"7*"8 E()&"$u% %! 0%!'&&'0'%,!%

#





=ircula corriente, por que bien derivadas, o al contacto desli9ante no o6rece unaresistividad que permite no pasar corriente en el nodo donde salen las ramasconectados en serie Esto seria la causa principal por que no existe equilibrio en elpunto Qambi5n se debe a que el Halvanómetro no esta conectado al circuito todoel tiempo si no que se conecta despu5s de cada a!uste de la resistencia, oprimiendoun interruptor

. 6Cu'&% , &' <%,!'' 0%<%,!'' 0% u'* %& Pu%,!%8 6P* $u8

2as ;enta!as son/

+ 2a medida de las resistencias, reside en que tal medida es completamenteindi6erente a la actitud que pueda tomar el instrumento empleado para obtenerlo

+ =uando la agu!a esta en posición cero se libra de todo error relacionado con lacirculación de corriente

+ 2a indicación cero, resulta más aguda . se precisa una menor intensidad decorriente a trav5s de todos las ramas del puente con la disposición . el tamaño delos componentes que lo 6orman puede ser menor sin peligro de sobre calentamiento . aver-as

+ Estos instrumentos nos indican el momento cuando se encuentra en equilibrio, . el

instante en que no circula corriente por el circuito

2as Desventa!as son/

+ 2a resistencia que se va a utili9ar debe ser de la menor tolerancia que se puedahallar + 2a precisión a la que se llega no es un porcenta!e exacto

1$





?. CONCLUSIONES

* El puente de Fheatstone da un aceptable porcenta!e de seguridad oexactitud en las mediciones reali9adas

2a temperatura, lectura de datos, medición de longitudes, todos estos6actores in6lu.en al momento de utili9ar el puente de Fheatstone .pueden determinar parte del error en las mediciones

A "na venta!a del puente de Fheatstone es que cuando el galvanómetromarca cero el sistema se libra de todo el error causado por la circulaciónde corriente

' 2as le.es enunciadas por Hustav Nirchho66 sirven para encontrar lacorriente en las ramas del circuito del puente de Fheatstone debido a la6orma del circuito . a los datos que pod-amos tener al inicio los cualesser-an las resistencias . las 6ems de cada malla

2os circuitos electrónicos se componen de subsistemas o circuitos dedicados .se piensa en t5rminos de E#QR4D4, 7R&=ES&, S42%D4 Entre estossistemas se trans6ieren las distintas señales Estas señales se trans6ieren casisiempre como tensiones que cambian Esto hace inevitable que los circuitoselectrónicos inclu.an los divisores de tensión similares a los estudiados, comoparte integral de su estructura

2os divisores de tensión !ustamente no son poco importantes, .o dir-a queson6undamentales en la comprensión de circuitos electrónicos

"na ve9 que ha.amos empe9ado a buscarlos entre los circuitos habituales quemane!amos, los encontraremos por todas partes

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