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2015 LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO INTEGRANTES: ARIAS VERAMENDI KRISTEL CALDERON ROJAS FRANCK DURAND JARA JULIO CESAR MOGOLLÓN FACHIN RICARDO OSWALDO JAVIER MONTENEGRO JOO Experiencia N°4: Puente de Wheatstone

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INforme nro 4 laboratorio de fisica III

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Page 1: LABORATORIO 4

LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y

MAGNETISMO

2015

INTEGRANTES:

ARIAS VERAMENDI KRISTEL

CALDERON ROJAS FRANCK

DURAND JARA JULIO CESAR

MOGOLLÓN FACHIN RICARDO OSWALDO

QUIQUIA RODRIGUEZ EDGARDO

JAVIER MONTENEGRO JOO

Experiencia N°4: Puente de Wheatstone

Page 2: LABORATORIO 4

UNMSM LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Experiencia N°4: PUENTE DE WHEATSTONE

I. OBJETIVOS

• Determinar los valores de resistencias desconocidas, utilizando el Puente de Wheatstone

II. MATERIALES

01 Caja de resistencias.

01 Galvanómetro.

Conexiones.

Fuente de VCD, 1,5 voltios

02 Década

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III. FUNDAMENTO TEÓRICO

COMPROBACIÓN ANALÓGICA DEL “PUENTE DE WHEASTSTONE

Se utiliza cuando deseamos medir resistencias eléctricas por comparación con otras que están calibradas. Se instalan cuatro resistencias R1, R2, R3 y R4, tal como se muestra en la figura 1. Los puntos A y B se unen a los polos de una fuente de voltaje V, uniendo los puntos C y D a través de un galvanómetro G. Las resistencias R1 y R3, están conectadas en serie, así como también lo están las resistencias R2 y R4. Estas dos ramas están conectadas en paralelo.

En el tipo de puente que se utiliza en esta experiencia (puente unifamiliar), Las resistencias R2 y R4 son sustituidas por un alambre homogéneo cilíndrico de sección perfectamente constante.

Un cursor que desplaza sobre el puente hace las veces del punto D. Al cerrar el circuito con la llave S, se origina una corriente I; que al llegar al punto A se bifurca en dos: una parte pasa por la resistencia R1 (corriente I1) y el resto a través de la resistencia R2, (corriente I2).Entonces se tiene: I=I 1+ I 2

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En la figura dos se puede observar que la diferencia de potencial entre los puntos A y B, es común para las dos ramas: rama formado R1 y R3 y la rama formada por las resistencias R2 y R4.

Se consigue el equilibrio del puente dando un valor fijo a R1, y desplazando el cursor D hasta que el galvanómetro marque 0, es decir, corriente nula.

Entonces la ecuación toma la forma:

R1R3

=R2R4…………………..1

R3=RX=( R4R4 )R1…… .. 2La resistencia de un conductor homogéneo en función a su resistividad. ρ está dado por la relación:

R=ρ( LA )………… ..……3Si reemplazamos (3) en (2) obtenemos:

RX=( L4L2 )R1……………. .4Con este resultado podemos determinar fácilmente el valor de la resistencia desconocida RX .

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Arme el circuito de la figura 2. Considere una resistencia R1 del tablero de resistencias y seleccione otra resistencia Rx de la caja de resistencias.

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2. Varíe la posición de contacto deslizante D, a lo largo del hilo hasta que la lectura del galvanómetro sea cero.

3. Anote los valores de longitudes del hilo L2 y L4 así como también el valor de R1 en la tabla 1.

4. Utilizando la ecuación halle el valor de la resistencia Rx luego compárelo con el valor que indica la caja de resistencias (década).

Rx=154

5. Repita los pasos 1,2,3 y 4 para otras resistencias anotándolas en la tabla 1 6. Complete la tabla 1.

Caja de Resistencia R1

(Ohm)Longitud de hilo

Resistencia Medida (Ohm)

Porcentaje de error

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L2 (cm) L4 (cm)149 58.6 41.4 105.3 29.3%150 58 42 108.6 29.5%156 58.5 41.5 110.7 28.1%157 57.1 42.9 118.2 23.2%158 56.2 43.8 123.1 20.1%160 56.6 43.4 122.7 20.3%

Usamos la fórmula de Rx para completar la tabla:

RX=( L4L2 )R1RX 1=( 41.458.6 ) x149=105.3

RX 2=( 4258 )x 150=108.6

RX 3=( 41.558.5 ) x156=110.7

RX 4=( 42.957.1 ) x157=118.2

RX 5=( 43.856.2 ) x158=123.1

RX 6=( 43.456.6 )x 160=122.7

V. CUESTIONARIO

1. Justifique la expresión (4) utilizando las leyes de Kirchoff.

Bueno para poder aplicar la ley Kirchhoff., tenemos que ver la siguiente grafica

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Ahora por la primera ley de Kirchhoff en el nodo A tenemos:

I = I1 + I2

Donde:

I: corriente que entra al nodo A.

I1: corriente que pasa por R1.

I2: corriente que pasa por R2.

Pero al estar en serie R1 con R3 y R2 con R4, tenemos:

I3=I1 y I2=I4

Donde:

I3: corriente que pasa por R3.

I4: corriente que pasa por R4.

Y por la segunda ley la cantidad de tensión es cero hallamos, entonces:

I1R1 + I2R2 = 0

I3R3 + I4R4 = 0

Entonces despejando tenemos:

R1I1= -R2I2... (1)

R3I3= -R4I4... (2)

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 Dividiendo (1) en (2):

Obtenemos:

R1∗I 1R3∗I 3

= R2∗I 2R4∗I 4

Pero como: I3=I1 y I2=I4

Tendremos entonces:

R1R3

= R2R4

Ya que el puente de Wheatstone se utiliza para medir resistencias desconocidas que estan constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, remplazamos la resistencia R1 por Rx y tenemos:

Rx=R2∗R3R4

2. ¿Cuáles cree usted que han sido las posibles fuentes de error en la presente experiencia?

Los errores que podemos encontrar:

- En el momento en que se tomó las medidas de L2 y L4.

- La fuente de voltaje, ya que después de un tiempo conectado pudimos notar que se empezó recalentar y tal vez modificó los valores que debíamos que hallar.

3. Grafique e intérprete V versus I , I versus R y V versus R , en papel milimetrado, y compare los valores encontrados a partir del análisis del gráfico con los valores de de R, I y V de las tablas 1, 2 y 3

- Para la toma de las medidas de L2 y L4, pues tendríamos que tomar más mediciones de 3 a 5 más para tener valores más exactos aunque de todas maneras existirán errores con la diferencia que esta vez serán mínimos.

- Si queremos resolver lo de la fuente de voltaje, opinaría yo que tendríamos que haber usado otra mucho mejor ya que esta era pequeña y que el trabajo se debió haber hecho de manera rápida para que la fuente no se recalentara o tal vez variar la resistencia conectada ya que también lo pudo haber afectado.

4. Explique Ud. qué condiciones físicas existen cuando no pasa corriente por el Galvanómetro

Existen condiciones como:

* Las características geométricas (cilíndrico) y de la resistividad del material conductor homogéneo (regla de 100cm en nuestra caja)

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* Las diferencias de potenciales en serie serán iguales

* La sensibilidad del Galvanómetro

5. Explique Ud. qué condiciones físicas existen cuando no pasa corriente por el Galvanómetro

Entre los factores que influyen en la precisión del puente de WHEASTONE se encuentran:

- Si algunas de las resistencias son inductivas los potenciales entre los puntos B y D pueden tardar tiempos distintos en llegar a sus valores finales al cerrar el contacto y el galvanómetro señalarían una desviación inicial aunque el puente estuviera en equilibrio. En estos casos es conveniente esperar un tiempo para que ambos puntos alcancen sus valores.

- La precisión del Galvanómetro, ya que ello depende determinar el punto en el cual el potencial en los puntos B y D

Sea el mismo, es decir, cuando el Galvanómetro marca cero, esto influye la obtención de datos.

6. Cuál sería la máxima resistencia que se podría medir con el puente de wheatstone? la máxima resistencia que puede medirse con el circuito tipo puente es

Bueno la máxima resistencia que se puede medir con el puente de wheatstone, va depender de los valores de las resistencias obtenidas por la distancias en el hilo de tungsteno, el cual se debe medir (en longitud), esto es:

Rx=R2∗L2L1

Donde: R2 va ser nuestra resistencia constante de referencia

Entonces de esta ecuación observamos que para que el valor de Rx logre su valor máximo, el valor de R2 y L2 debe ser lo más grande posible mientras que L1 debe ser pequeño.

Y para el caso contrario, o sea para que Rx logre su valor mínimo, el valor de R2 y L2 deben ser pequeños y a su vez L1 debe ser lo más grande posible

7. ¿Por qué circula corriente por el galvanómetro cuando el puente no está en condiciones de equilibrio? Explique detalladamente.

El puente de Wheatstone se encuentra en equilibrio cuando tanto el punto C y el punto D se encuentran a mismo potencial es decir, la diferencia de potencial entre estos dos puntos es cero por lo tanto , si aplicamos análisis nodal para calcular el valor de la corriente eléctrica que pasa por el galvanómetro tenemos: IG

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IG=V C−V D

R

Siendo R= resistencia interna del Galvanómetro, como dijimos que la diferencia de potencial entre el punto C y D es cero , entonces la corriente que pasa por el Galvanómetro es :

IG=0R

=0 A

Ahora bien en este caso nos preguntan la razón por la cual circula corriente por el Galvanómetro y esto se debe sencillamente a que tanto el punto C como el Punto D se encuentran a diferente potencial y por lo tanto la diferencia de potencial entre estos dos puntos es diferente de cero. Por ende al aplicar el análisis nodal para calcular el calor de la corriente que pasa por el Galvanómetro, este valor será distinto de cero.

8. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar el puente?¿Por qué?

Las ventajas y desventaja de usar el puente de Wheatstone se colocaran en el siguiente cuadro:

VENTAJAS DESVENTAJA- Facilita encontrar el valor de una resistencia desconocida cuando el puente se encuentre en equilibrio.

- Posee gran cantidad de aplicaciones prácticas (Sensor de presión , temperatura , etc.

- El valor encontrado de una resistencia no es 100% preciso ya que las resistencias que conforman un puente tienen cierto valor de tolerancia.

VI. CONCLUSIONES

Podemos concluir de esta experiencia que la resistencia depende directamente de la longitud del cable, es decir a mayor longitud, este ofrecerá una mayor resistencia al paso de la corriente

Podemos concluir que la configuración de puente Wheatstone es una herramienta útil y sencilla de usar para poder encontrar los valores de resistencias desconocidas debido al equilibrio en el que se encuentra cuando la diferencia de dos nodos opuestos es igual a cero.

Con el puente de Wheatstone, se pudo determinar el valor de una resistencia desconocida, al hacer un puente de 4 resistencias en un circuito cerrado, solamente cuando hemos usado resistencias pequeñas.