EL PUENTE DE WHEATSTONE – METODO UNIFILAR EXPERIENCIA N°9
1. DATOS EXPERIMENTALES TABLA 1
Caja de resistencia R1 (ohm)
Longitud del hilo
Resistencia medida (ohm)
Porcentaje de error Et −Eexp ( Et )*100%
200 200 200 200 200 200
L2 (cm)
L4 (cm)
Con el equipo (experimental)
66.9 71.6 63 81.5 42.6 91.5
33.1 27.4 37 18.5 57.4 8.5
98.95 76.53 117.46 45.39 269.48 18.57
Código de colores (teóricos) 100 82 120 47 270 20
1.05 6.67 2.12 3.42 0.19 7.15
2. PROCEDIMIENTO 2.1. CIRCUITO PUENTE En el siguiente experimento se debe analizar un circuito puente. Para ellos se combinara los dos divisores de tensión y analizados en un experimento anterior.
Abra
el
instrumento virtual Voltímetro A, B la siguiente imagen y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Ajustes del Voltimetro B Rango de 10 V DC medición: Modo de AV operación: Ajustes del Voltímetro A Rango de 20 V DC medición: Modo de AV operación: Compare el circuito montado con el circuito puente que se representa a continuación, y que ya fuera presentado en la página anterior del curso. ¿Qué resistencias de la tarjeta de experimentación corresponden a los valores anotados en el diagrama de circuito? Anote sus respuestas en la tabla 1. Debe hacer las veces de resistencia de carga; para ello, inserte el conector puente B3 (véase el anterior montaje experimental).
Insertando o retirando los B2 se puede aplicar la
conectores puente B1 y carga
R (diagrama de circuito) RX
, alternativa ¿Qué tensión UD del puente debería esperarse entre los puntos de medición MP2
RN R3 R4
R (tarjeta)
y MP6, si se toma en cuenta el hecho de que ambos divisores de tensión presentan la misma relación de división? Conecte el Voltímetro B entre dos puntos de medición. En el caso de que sea necesario, varié el rango de medición y mida la tensión puente.
Anote sus resultados en las casillas siguientes. Tensión que debería estar entre MP2 y MP6 Uesperada = Tensión medida entre MP2 y MP6 Umedida = 2.2. PROCEDIMIENTO (METODO ANALOGICO) 1. ARME EL CIRCUITO DE LA FIGURA 2. CONSIDERE UNA RESITENCIA Rx del tablero de resistencias y seleccione otra resistencia R1 de la caja de resistencias. 2. Varié 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 4, halle el valor de la resistencia Rx luego compárelo con el valor que indica el tablero de resistencia (valor teórico). 5. Repita los pasos 1, 2, 3y 4 para otras resistencias anotándolas en la tabla 1 6. Complete la tabla 1.
TABLA 1
Caja de resistencia R1 (ohm)
Longitud del hilo
Resitencia medida (ohm)
Porcentaje de error Et −Eexp ( Et )*100%
L2 (cm)
L4 (cm)
Con el equipo (experimetal)
Código de coleres (teóricos)
3. CUESTIONARIO: 1.
2.
Mencione 5 aplicaciones del puente de Wheatstone Sensor de temperatura Sensor de presión Comprobar averías en las líneas eléctricas de Alta y Media Tensión, donde sus longitudes son kilométricas. Utilizado para medir resistencias con bastante rapidez y precisión En las Compañías Telefónicas: con él se localiza fallas en las líneas
¿Cuáles crees que han sido las posibles fuentes de error en la experiencia realizada? La mala lectura delas medidas por parte del alumno El mal funcionamiento de los instrumentos del laboratorio. Los materiales desgastados con el que experimentamos
3. ¿Cómo cree que podría evitar estas fuentes de error? Se pueden evitar teniendo más precisión en los instrumentos de medición, y teniendo buenos materiales acordes a los que la experiencia no pida, por ellos las fuentes de error son muchas y alteran los resultados en unidades y/o decimales. 4. Explique Ud. Qué condiciones físicas existen cuando no pasa corriente por el galvanómetro. •
Existe igualdad potencial entre los terminales del galvanómetro.
•
La corriente circula por la resistencia y no por el galvanómetro.
•
La escala del galvanómetro está en la posición de menor sensibilidad
5. ¿Cuáles son los factores que influyen en la precisión del puente de Wheatstone al tratar de conocer el valor de una resistencia desconocida? ¿Por qué? Algunos de los factores que influyen en la precisión del puente, lo constituyen, entre otros, las fluctuaciones de corriente y tensión, y que, como sabemos al momento de aplicar la fórmula, hacen variar la diferencia de potencial de las resistencias, y por consiguiente el valor de estas también se altera. Por otra parte, también influye el modo sustancial, la precisión en la lectura de la regleta que reemplazan a dos de las resistencias, ya que una mala lectura conlleva a un erróneo reemplazo de valores resultantes de malas mediciones, lo que por consiguiente mostrará un resultado muchas veces incompatible con el valor real. 6. ¿Cuál sería la máxima y mínima resistencia que se podría medir con el puente de Wheatstone? La máxima resistencia que puede medirse con el circuito tipo puente es dependiente de los valores de las resistencias obtenidas por las distancias en el hilo de tungsteno, el cual se debe medir (en longitud), esto es: R 1. L 2 Rx= L1 de esta ecuación, se desprende que para que el valor de la resistencia RX logre su valor máximo, el valor de R1 debe ser lo más grande posible, y que, a su vez, el valor de L2 y L1 deben ser lo más grande y más pequeño posible respectivamente, y ya que:
R=(
L ) A
7. ¿Por qué circula corriente por el galvanómetro cuando el puente no está en condiciones de equilibrio? Explique detalladamente. Circula corriente por que las diferencias de potencial en los dos puntos de contacto del galvanómetro(A) son diferentes (explicamos mejor en el siguiente ejemplo) Para entender el funcionamiento de este circuito es necesario remarcar que las diferencias de potencial son diferencias (restas) entre los potenciales de dos puntos. Para conocer la diferencia de potencial entre dos puntos A y B, se pueden medir por separado las tensiones respecto a un tercer punto de referencia, C, y restarlas. Este método se usa mucho en la práctica y el punto de referencia común a todo un circuito suele llamarse masa, y diremos que este punto de referencia puede tener cualquier valor por lo que tomaremos como tensión de referencia el punto de masa a 0 voltios. Observa que en el caso de las alturas no nos importa a que altura está el punto C si conocemos las diferencias de altura de A y B respecto a C. Volviendo a nuestro circuito puente se cumple como hemos dicho: VAB = VAC - VBC = (VA-VC) - (VB-VC) = VA - VC -VB + VC = VA - VB I1 = V/ (R1 + R3) => VAC= I1 x R3 = V x R3 / (R1+ R3) I2 = V/ (R2 + R3) => VBC= I2 x R4 = V x R4 / (R2+ R4) VAB = VAC - VBC = V x [ ( R3 / (R1+ R3) ) - ( R4 / (R2+ R4) ) ] Se dice que el puente está equilibrado cuando la tensión en el punto A V A es igual a la tensión en el punto B, V B entonces VAB = 0. Supongamos pues que nuestro puente está equilibrado VAB = 0. En nuestra última fórmula y marcado en azul claro vemos dos términos que se restan, si esos dos términos son iguales entonces: VAB = 0 V x [ ( R3 / (R1+ R3) ) - ( R4 / (R2+ R4) ) ]=0 R3 / (R1+ R3) = R4 / (R2+ R4) Operando: R1 / R2 = R3 / R4
8. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar el puente? ¿por qué? VENTAJAS Los cambios en las resistencias se determinan normalmente mediante el puente de Wheatstone. El puente de Wheatstone al formar parte de un circuito logra estabilizar en una nueva posición de equilibrio a un transmisor de equilibrio de fuerzas con detector fotoeléctrico. El puente de Wheatstone de un Sensor LEL diseñado para medir metano sirve para medir el calor liberado cuando se quema un gas inflamable en una perla catalítica. El aumento de temperatura provoca un cambio en la resistencia, que es medido y convertido a % de LEL. El puente de Wheatstone de un Sensores LEL diseñado para medir metano mide la diferencia entre la resistencia de ambos elementos. Así, este sensor mide de forma eficaz el calor liberado cuando se quema ungas. DESVENTAJAS Pruebas realizadas por laboratorios independientes como TRW han demostrado que los sensores con puente de Wheatstone no poseen una sensibilidad adecuada para medir combustible de aviación. Los sensores con puente de Wheatstone no poseen la sensibilidad necesaria para medir los niveles de combustible de aviación necesarios para proteger a los trabajadores que acceden a espacios reducidos Así, un sensor LEL con puente de Wheatstone presenta un rango de imprecisión tres veces mayor que un PID (Rango de imprecisión del PID: 160 ppm)
4. CONCLUSIONES: El puente de Wheatstone está formado por cuatro resistencias. El puente de Wheatstone es importante para verificar los errores que se dan al formar un circuito cerrado con una resistencia ya conocida.
La variación de longitudes de la caja de resistencia hace que el galvanómetro marque cero y por el experimento se observa que el circuito está en equilibrio. El puente de Wheatstone se encuentra en equilibrio cuando la diferencia entre los dos divisores de voltaje sea cero. Con el puente de Wheatstone podemos medir el valor de una resistencia de la cual no sabemos su valor.
