INFORME DE LABORATORIO LABORATORIO Nº 1 “ MEDICIONES ELÉCTRICAS”
Ortega Marcos Leonel Jairo Cordero Aria Aria Je!re" Jo#an 111$1$% 111$1
%$Ingeniero &er'an Al(erto Ber(es) Barroso Docente
C*c+ta, Norte de -antander .ni/ersidad Francisco de 0a+la -antander F)sica electro'agntica %23%43$%15
INTRODUCCIÓN
La 'edici6n es +n 0roceso de reconoci'iento 7+e se red+ce a la co'0araci6n, 'ediante +n e80eri'ento !)sico, de +na 'agnit+d dada con +n /alor de esta 'agnit+d elegido co'o +nidad9 Las +nidades se !i:an 0or ac+erdos internacionales " en general, sie'0re 7+e ello sea 0osi(le, se 'aterialian en condiciones rig+rosa'ente esta(lecidas9 Esta 'aterialiaci6n de la +nidad reci(e el no'(re de 0atr6n, el c+al de(e ser lo ';s e8acto, constante " re0rod+ci(le9 Los Medidores elctricos son instr+'entos 7+e 'iden e indican 'agnit+des elctricas, co'o corriente, carga, 0otencial " energ)a, o las caracter)sticas elctricas de los circ+itos, co'o la resistencia, la ca0acidad, " la ind+ctancia9 La in!or'aci6n se da nor'al'ente en +na +nidad elctrica est;ndar< o#'ios, /oltios, a'0erios, c+lo'(ios, #enrios, !aradios, /atios o :+lios9 =ara 'edir /olta:es de corriente alterna se +tilian 'edidores con alta resistencia interior, o 'edidores si'ilares con +na !+erte resistencia en serie9 .n dis0ositi/o de este ti0o es el /olt)'etro< a0arato 7+e 'ide la di!erencia de 0otencial entre dos 0+ntos entre dos 0+ntos c+ales7+iera en el circ+ito +niendo si'0le'ente las ter'inales del /olt)'etro entre estos 0+ntos sin ro'0er el circ+ito9 =ara e!ect+ar esta 'edida se coloca en 0aralelo entre los 0+ntos c+"a di!erencia de 0otencial se desea 'edir9 =or otro lado, la intensidad de la corriente la 'ide el a'0er)'etro9 >ste se instala sie'0re en +n circ+ito de 'anera 7+e 0or l circ+le toda la corriente, es decir, en serie9 La corriente 7+e se /a a 'edir de(e 0asar directa'ente 0or el a'0er)'etro9 -e considera 7+e la corriente !l+"e de la carga 0ositi/a a la negati/a9, "a 7+e c+al7+ier siste'a contin*o de cond+ctores, los electrones !l+"en desde el 0+nto de 'enor 0otencial #asta el 0+nto de 'a"or 0otencial9 .n siste'a de esa clase se deno'ina circ+ito elctrico " la corriente 7+e circ+la 0or +n circ+ito se deno'ina corriente contin+a ?si !l+"e sie'0re en el 'is'o sentido@ " corriente alterna ?si !l+"e alternati/a'ente en +no + otro sentido@ La i'0ortancia de las 'ediciones crece 0er'anente'ente en todos los ca'0os de la ciencia " la tcnica9 Medir consiste en co'0arar dos cantidades de la 'is'a 'agnit+d, to'ando ar(itraria'ente +na de ellas co'o +nidad de 'edida9
MEDICIONES ELECTRICAS
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Reconocer " +tiliar el M+lt)'etro digital 0ara 'edir alg+nos co'0onentes (;sicos de los circ+itos elctricos co'o !+entes de /olta:e, corrientes " resistores9
OBJETIVOS ESPECIFICOS •
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A0licar el c6digo de colores 0ara deter'inar /alores de resistencias elctricas9 Realiar 'ediciones directas de resistencias con +n '+lt)'etro9 Analiar circ+itos elctricos si'0les9 Realiar 'ediciones directas de /olta:es " corrientes con +n M+lt)'etro9
MATERIALES • • • • •
M+lt)'etro Ca:a de cone8iones Resistencias Conectores F+ente de 0oder
TEORIA
En general, en +n circ+ito elctrico se 0+ede realiar dos ti0os de 'edidas elctricas< 'edidas de corriente ?I@, 'edidas de /olta:e ?@9
Corriente Lo 7+e conoce'os co'o corriente elctrica no es otra cosa 7+e la circ+laci6n de cargas o electrones a tra/s de +n circ+ito elctrico cerrado, 7+e se '+e/en sie'0re del 0olo negati/o al 0olo 0ositi/o de la !+ente de s+'inistro de !+era electro'otri ?FEM@9
Voltaje El /olta:e es +na 'agnit+d !)sica 7+e c+anti!ica la di!erencia de 0otencial elctrico entre dos 0+ntos9 Ta'(in se 0+ede de!inir co'o el tra(a:o 0or +nidad de carga e:ercido 0or el ca'0o elctrico so(re +na 0art)c+la cargada 0ara 'o/erla entre dos 0osiciones deter'inadas9 -e 0+ede 'edir con +n /olt)'etro9 El /olta:e es inde0endiente del ca'ino recorrido 0or la carga " de0ende e8cl+si/a'ente del 0otencial elctrico de los 0+ntos A " B en el ca'0o elctrico, 7+e es +n ca'0o conser/ati/o9 -i dos 0+ntos 7+e tienen +na di!erencia de 0otencial se +nen 'ediante +n cond+ctor, se 0rod+cir; +n !l+:o de electrones9 =arte de la carga 7+e crea el 0+nto de 'a"or 0otencial se trasladar; a tra/s del cond+ctor al 0+nto de 'enor 0otencial ", en a+sencia de +na !+ente e8terna, esta corriente cesar; c+ando a'(os 0+ntos ig+alen s+ 0otencial elctrico9 Este traslado de cargas es lo 7+e se conoce co'o corriente elctrica9 C+ando se #a(la so(re +na di!erencia de 0otencial en +n s6lo 0+nto, o 0otencial, se re!iere a la di!erencia de 0otencial entre este 0+nto " alg*n otro donde el 0otencial se de!ina co'o cero9 =ara realiar de 'anera correcta +na 'edida elctrica, no solo es necesario dis0oner de la instr+'entaci6n adec+ada, sino ta'(in sa(er c6'o esta de(e ser colocada en el circ+ito (a:o 0r+e(a, teniendo en c+enta la 'agnit+d 7+e desee'os caracteriar, " #acer +na elecci6n adec+ada de la escala o rango de 'edida, de !or'a 7+e consiga'os 'e:or la 'edida dentro del rango de !ia(ilidad del instr+'ento9 As0ectos 7+e #a" 7+e tener en c+enta en los 0rocesos de 'edida elctrica I " con +n '+lt)'etro ?!ig+ra 1@<
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En las 'edidas de /olta:e , el '+lt)'etro !+nciona co'o +n /olt)'etro " se coloca en 0aralelo con el ele'ento c+"a di!erencia de 0otencial entre los “e8tre'os elctricos” 7+ere'os conocer9 En las 'edidas de corriente I, el '+lt)'etro !+nciona co'o +n a'0er)'etro " se coloca en serie con el ele'ento 0or el c+al circ+la la corriente 7+e 7+ere'os 'edir9
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Es i'0ortante tener +na idea a0ro8i'ada del rango de 'edida en 7+e se enc+entra el /alor de la 'agnit+d 7+e desea'os 'edir " co'0ro(ar 7+e este es in!erior al rango ';8i'o tolerado 0or el instr+'ento, "a 7+e en el caso contrario 0+ede ocasionarle grandes des0er!ectos al e7+i0o9 Es reco'enda(le e'0ear la 'edida +tiliando la escala 'enos sensi(le del instr+'ento ?la ';s alta@ " des0+s ir descendiendo #asta encontrar la escala ';s adec+ada, es decir, a7+ella con la 7+e 0oda'os leer 'a"or cantidad de ci!ras signi!icati/as en la 'edida9
A. DETERMINACION DE UNA RESISTENCIA UTILIANDO EL CODIGO DE COLORES. Resistencia elctrica s+ +nidad de 'edida es el o#'io ?@, " es toda o0osici6n 7+e enc+entra la corriente a s+ 0aso 0or +n circ+ito elctrico cerrado, aten+ando o !renando el li(re !l+:o de circ+laci6n de las cargas elctricas o electrones9 C+al7+ier dis0ositi/o o cons+'idor conectado a +n circ+ito elctrico re0resenta en s) +na carga, resistencia + o(st;c+lo 0ara la circ+laci6n de la corriente elctrica9 Las resistencias de 0otencia 0e7+eas ?de 'enos de %95@, e'0leadas en circ+itos elctricos, /an rot+ladas con +n c6digo de (andas de colores9 =ara caracteriar +na resistencia #ace !alta tres /alores< resistencia elctrica, disi0aci6n ';8i'a " 0resi6n9 Los /alores de resistencia " 0recisi6n se indican con +n con:+nto de (andas de colores so(re el c+er0o del ele'ento9 -on tres c+atro o cinco (andas de:ando la (anda de tolerancia ?nor'al'ente co'o 0lateada o dorada@ a la derec#a, se leen de i7+ierda a derec#a9 La *lti'a (anda indica la tolerancia ?0recisi6n@9 De las restantes, la *lti'a es el '+lti0licador " los otros dos d)gitos ?!ig+ra $@9
B. USOS DEL MULTIMETRO
.n '+lt)'etro ta'(in deno'inado 0ol)'etro es +n instr+'ento digital, elctrico 0ort;til, 0ara 'edir directa'ente 'agnit+des elctricas acti/as co'o corriente " 0otencias ?tensiones@ o 0asi/as co'o resistencias, ca0acidades " otras9 Las 'edidas 0+eden realiarse 0ara corriente contin+a o alterna " en /arios ';rgenes de 'edida cada +na9 El '+lt)'etro tiene co'o co'o antecedente (astante claro, deno'inado AO, 7+e a"+do a ela(orar los '+lt)'etros act+ales tanto digitales co'o anal6gicos9 -+ in/enci6n /iene dada de la 'ano de Donald Macadie, +n ingeniero de la Britis# =ost O!!ice, a 7+ien se le oc+rri6 la ingeniosa idea de +ni!icar 4 a0aratos en +no, tales son el A'0er)'etro, olt)'etro " el #'etro, 0or eso el no'(re de M+lt)'etro9 Esta creaci6n, !acilito el tra(a:o a todas las 0ersonas 7+e est+dia(an c+al7+ier ;'(ito de la electr6nica9 El '+lt)'etro es +n instr+'ento de 'edici6n 7+e !+nciona de ac+erdo a la !+era 7+e se 0rod+ce entre +n ca'0o 'agntico " +na (o(ina de ala'(re 7+e cond+ce +na corriente elctrica, este dis0ositi/o se conoce co'o gal/an6'etro 7+e est; 0ro/isto de +na ag+:a 7+e reconoce +na escala e indica el /alor de 'ediciones9 >l 0+ede 'edir< •
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olta:es " corrientes en rgi'en estacionario, en contin+a ?CC corriente contin+a@ o /aria(les en el tie'0o o alterna ?CA corriente alterna@ Resistencias Ca0acidades Contin+idad elctrica =ar;'etros de transistores
PROCEDIMIENTO PRIMERA PARTE A. C!"i#o "e $olore%. 19 Co'0leta sig+iente ta(la<
B. Me"i$i!n "ire$ta "e la re%i%ten$ia. &. To'e el '+lt)'etro " 0onga la 0erilla en la 0osici6n OGMs ?@ 7+e corres0onda a la escala ';s alta9 -eg+ida'ente conecte la 0+ntas de 0r+e(a ?ro:a en el conector H " la negra en COM@9 .sted de(e ensa"ar el instr+'ento +niendo las 0+ntas de 0r+e(a entre s)9 '. To'e el 0ri'er resistor " 06ngalo entre las 0+ntas de 0r+e(a del 6#'etro9 Registre en la Ta(la $ el /alor o(tenido en la ';8i'a escala9 -i la lect+ra es 0e7+ea, ca'(ie a la escala in'ediata'ente in!erior " registre la n+e/a lect+ra en la Ta(la $9 No ol/ide tener en c+enta la escala ?M, , @9 (. De todas las lect+ras o(tenidas 0ara el resistor en cada escala c+al es el /alor ';s a0ro0iado " reg)strelo co'o el /alor 'edido 7+e corres0onde a la resistencia9 ). Re0ita todos los 0asos 0ara cada +no de los tres resistores dados " consigne los datos en la Ta(la $9
*. Co'0arar el /alor 'edido de las tres resistencias dadas con el /alor te6rico seg*n el c6digo de colores9 Anota los res+ltados en la Ta(la 49
SEGUNDA PARTE C. Me"i$i!n "e "i+eren$ia "e ,oten$ial -oltaje/ &. To'e le '+lt)'etro, 0onga la 0erilla en la escala ';s alta de /olta:e DC " /eri!i7+e 7+e este acti/a la o0ci6n DC9 Conecte las 0+ntas de 0r+e(a ?ro:a en el conector H " negra la COM@9 '. Encienda la !+ente de /olta:e " a0li7+e 1$ /oltios DC9 Mida con el /olt)'etro la di!erencia de 0otencial entre las salidas de la !+ente ?!ig+ra
(. Ar'e el circ+ito de la !ig+ra con la !+ente en 1$ " +n resistor R 1 ar(itrario9 Mida la di!erencia de 0otencial ?/olta:e@ entre los e8tre'os del resistor con +na escala de 'edida 7+e considere adec+ada " registre el dato en la ta(la 49ca'(ie la escala del /olt)'etro " registre las di!erentes 'edidas9 ). Modi!i7+e el circ+ito de la !ig+ra c+atro agregando +n seg+ndo resistor R$ en serie con el 0ri'ero co'o lo indica la !ig+ra 59 Mida la di!erencia de 0otencial entre los e8tre'os del resistor dos9 Registre los /alores co'o 1 " $ res0ecti/a'ente en la Ta(la 9
*. =ara ter'inar 'ida la di!erencia de 0otencial en los e8tre'os de la serie de R1 " R$9 Registre este /alor co'o e7 en la Ta(la 9 D. Me"i$ione% "e $orriente el0$tri$a. &. conecte las 0+ntas de 0r+e(a del a'0er)'etro en los conectores COM ?negro@ " 'A9 Tenga en c+enta 7+e el conector ro:o del a'0er)'etro no corres0onde al conector del 6#'etro3/olt)'etro " 7+e +n desc+ido en este as0ecto es !atal 0ara el instr+'ento9 -i +sted no est; seg+ro c+al es el conector correcto 0reg+nte a s+ instr+ctor9 Esco:a la escala de corriente DC ';s alta antes de realiar c+al7+ier 'edici6n de corriente9 Monte el circ+ito de la !ig+ra K con la !+ente de /olta:e de 1$ " la resistencia R1 7+e +so en el 'onta:e de la !ig+ra 9 C+ide 7+e la 0+nta de 0r+e(a negra del instr+'ento conecte al (orde negati/o de la !+ente " la 0+nta ro:a /a"a al resistor9
'. Registre en la Ta(la 5 la lect+ra del a'0er)'etro en todas las escalas 7+e sea 0osi(le leer sie'0re e'0eando 0or la escala 'a"or9 (. Monte de n+e/o el circ+ito de la !ig+ra 5 " 'ida la corriente I 7+e circ+la en el circ+ito en los 0+ntos 7+e se indican el !ig+ra 9 Rec+erde 7+e el a'0er)'etro se conecta en serie con las resistencias9 ?Ta(la K@
DATOS OBTENIDOS
ANALISIS &. C+ando +sted ensa"a el '+lt)'etro +niendo las 0+ntas de 0r+e(a entre s)9 +e lect+ra o!rece el instr+'ento c+ando s+s 0+ntas est;n el contacto9 RTA1 -i las 0+ntas del '+lt)'etro est;n en contacto, esto indica 7+e #a" +n corto circ+ito lle/;ndonos a ded+cir 7+e se enc+entra en !+nci6n de resistencia, siendo
el /alor 7+e o!rece la 0antalla digital es cero ?%@, si 0or el contrario 'arca otro /alor, 7+iere decir 7+e esta a/eriado o no esta cali(rado9
'. C+;l de(e ser el criterio 0ara escoger la escala ';s a0ro0iada c+ando se /a a 'edir +na resistencia RTA1 En +na 'edici6n se 0retende sie'0re o(tener la 'a"or /eracidad, " esto se consig+e con la o(tenci6n del 'a"or n*'ero de ci!ras signi!icati/as, es 0or eso 7+e c+ando se /a a 'edir +na resistencia elctrica se de(e tener enc+eta 7+e la escala de 'edici6n seleccionada est 0or enci'a del /alor no'inal de las 'is'a9 (. + oc+rre c+ando se 'ide contin+idad " +no de los ca(les de 'edici6n est; roto RTA1 El dis0ositi/o electr6nico 'arcara 'arca +na resistencia in!inita ?resistencia del aire@9 Ade';s al estar +no de los ca(les roto, el circ+ito 7+e a(ierto 0or lo c+al no 'ostrara contin+idad9 ). Los seres #+'anos tienen resistencia elctrica9 E80li7+e9 RTA1 Todo el c+er0o #+'ano 0osee resistencia elctrica, " de0ende del ni/el de #+'edad 0resente en l9 N+estro c+er0o est; co'0+esto 0or electrones 7+e #acen cone8i6n con la intensidad de corriente sir/iendo co'o cond+ctor9 El /alor ';8i'o de resistencia se esta(lece en 4%%% O#'ios " el ')ni'o en 5%% O#'ios9 La 0iel seca tiene +na gran resistencia, del orden de 9%%% O#'ios 0ara la corriente alterna9 En el caso de 0iel #*'eda se red+cen los ni/eles de resistencia #asta 15%% O#'ios, con lo 7+e s6lo con 1%% la intensidad 7+e atra/iesa el organis'o 0+ede 0rod+cir la '+erte9 La s+doraci6n ta'(in es +n
!actor 7+e 0+ede dis'in+ir la resistencia de la 0iel9 La resistencia en el interior del organis'o es, en general, 1%%% /eces 'enor 7+e la de la 0iel, siendo 'enor 0ara la corriente alterna9 En el interior del organis'o la resistencia dis'in+"e en 0ro0orci6n directa a la cantidad de ag+a 7+e 0resentan los distintos te:idos as), de 'a"or a 'enor resistencia tene'os los #+esos, el tend6n, la grasa, la 0iel, los '*sc+los, la sangre " los ner/ios9
*. + 0+ede contri(+ir de los /alores de 1 " $ co'0arados con e7 en la Ta(la 4 RTA1 Co'o es e/idente la s+'atoria del /olta:e 1 " $ corres0onden al /olta:e e7+i/alente a0ro8i'ada'ente, " 0or eso se 0+ede decir 7+e las di!erencias de 0otencial 7+e recaen en ele'entos conectados en serie se distri(+"e de 'anera 0ro0orcional entre cada +no de los ele'entos, de ac+erdo a s+s 0ro0iedades9 2. la corriente I 7+e circ+la 0or +n circ+ito de0ende del /olta:e a0licado RTA1 la corriente 7+e circ+la 0or el circ+ito es directa'ente 0ro0orcional al /olta:e a0licado " esto se 0+ede co'0ro(ar al analiar la le" de o#', la c+al nos dice 7+e la intensidad de corriente es ig+al al /olta:e a0licado !raccionado en el /alor de la resistencia elctrica en c+esti6n9 Donde la resistencia /endr)a a ser constante, 0or ende la corriente de0ende de /olta:e, es decir, 7+e el /olta:e a0licado incre'enta, la intensidad de corriente ta'(in lo #ar; " /ice/ersa9 3. C+;l de(e ser el criterio 0ara escoger la escala ';s a0ro0iada c+ando se /a a 'edir +n olta:e o Intensidad de corriente RTA1 En el 'o'ento de elegir o deter'inar la escala a0ro0iada 0ara 'edir el /olta:e o intensidad de corriente, de(e'os +(icar 0ri'ero el '+lt)'etro en la di'ensi6n en c+esti6n, l+ego tene'os en c+enta 7+e 0ara la 'edici6n /a'os a to'ar +na escala 0or enci'a de la 7+e se tiene 0ero no '+" alta, 0or7+e si to'a'os +na escala 'enor o de'asiado alta no /a'os a o(tener +n res+ltado raona(le con el dato inicial9 4. C+;l es el !+nda'ento 0or el c+al 0ara 'edir +na corriente de(e colocarse el a'0er)'etro en serie Con el ele'ento en c+esti6n RTA1 Los a'0er)'etros de(en tener +na resistencia interna '+" 0e7+ea, esa resistencia se lla'a s#+nt " se di'ensiona 0ara 7+e s+ /alor inter!iera lo 'enos 0osi(le en el circ+ito9 -e conecta en serie de(ido a 7+e de esta 'anera todos los ele'entos del circ+ito 0resencian la 'is'a intensidad de corriente9 5. =or 7+ de(e colocarse en /olt)'etro en 0aralelo con el ele'ento de re!erencia 0ara 'edir +na di!erencia de 0otencial
RTA1 c+ando ele'entos de +n 'is'o circ+ito co'0arten s+s 'is'os nodos, es decir, se enc+entran en cone8i6n 0aralelo, co'0arten la 'is'a di!erencia de 0otencial, 0or esta ra6n al 7+erer 'edir /olta:es se de(e conectar el /olti'etro de 'anera 0aralela9 &6. En +n gr;!ico indi7+e co'o se de(e conectar los 'edidores 0ara 'edir si'+lt;nea'ente la corriente " el /olta:e en el circ+ito de la !ig+ra 9 RTA1
Incl+"
&&. a en el in!or'e las Ta(las 1, $ " 4 de(ida'ente diligenciadas9
CONCLUSIONES
Mediante el 0resente el la(oratorio #e'os e80eri'entado con el '+lt)'etro, de lo 7+e nos 0er'ite 'edir " co'o de(e'os +sarlo9 Ta'(in #e'os 0odido a0render so(re el c6digo de colore de las resistencias, los c+ales nos 0er'iten identi!icar el /alor de los resistores9 En +n circ+ito elctrico en serie 0ode'os notar 7+e a+n7+e la intensidad de corriente se conser/a en cada +no de los ele'entos, el /olta:e no c+'0le con esa 0ro0iedad, distri(+"ndose en los ele'entos 0asi/os encontrados en el circ+ito, de ac+erdo a s+s 0ro0iedades resisti/as9
