“Resistencia interna de un voltímetro”

Introducción:

Este práctico se realizó con la finalidad de  determinar  la resistencia  interna de un voltímetro de aguja, de diferentes maneras. El práctico se realzo en 2 partes, en la primera se utilizo un tester digital configurado en ohmímetro conectado directamente a la resistencia, y en la segunda parte se lo realizo conectándolo a una fuente en serie con un amperímetro y con la resistencia interna del voltímetro.

Así comparamos los resultados de las dos experiencias con los verdaderos valores de la resistencia interna medida por al código de colores que posee.

Objetivos:

v     Medir la resistencia interna de un voltímetro de diferentes maneras.

Resumen:

Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Se usa tanto por los especialistas y reparadores de artefactos eléctricos, como por aficionados en el hogar para diversos fines; la tecnología actual ha permitido poner en el mercado versiones económicas y al mismo tiempo precisas para el uso general, dispositivos presentes en cualquier casa de ventas dedicada a la electrónica.

Los voltímetros, en esencia, están constituidos de un galvanómetro sensible que se conecta en serie a una resistencia extra de mayor valor. A fin de que durante el proceso de medición no se modifique la diferencia de potencial, lo mejor es intentar que el voltímetro utilice la menor cantidad de electricidad posible. Lo anterior es posible de regular con un voltímetro electrónico, el que cuenta con un circuito electrónico con un adaptador de impedancia.

Para poder realizar la medición de la diferencia potencial, ambos puntos deben encontrarse de forma paralela. En otras palabras, que estén en paralelo quiere decir que se encuentre en derivación sobre los puntos de los cuales queremos realizar la medición. Debido a lo anterior, el voltímetro debe contar con una resistencia interna lo más alta que sea posible, de modo que su consumo sea bajo, y así permitir que la medición de la tensión del voltímetro se realice sin errores. Para poder cumplir con este requerimiento, los voltímetros que basan su funcionamiento en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, poseen unas bobinas con hilo muy fino y de muchas espiras, a fin de que, aún contando con una corriente eléctrica de baja intensidad, el aparato cuente con la fuerza necesaria para mover la aguja.

Ya en estos días es posible encontrar en el mercado voltímetros digitales, los que cumplen las mismas funciones que el aparato tradicional, pero contando con las nuevas tecnologías. Por ejemplo, este tipo de aparatos cuentan con características de aislamiento bastante considerables, para lo que utilizan circuitos de una gran complejidad, en lo que respecta a su comparación con el voltímetro tradicional.

Método experimental:   

Primera parte:

Materiales:

v     Ohmímetro

v     resistencia interna

v     Conductores

Procedimiento y resultados

Inicialmente se arma el circuito como se muestra a la imagen donde:

Como se ve en la imagen, se utiliza punteros para medir directamente la resistencia interna del voltímetro dentro del mismo, ya que si utilizáramos los bornes de éste, estaríamos determinando el valor de la resistencia en cada uno de estos. El valor dado se introdujo en la siguiente tabla de datos:

ohmímetro
resistencia	(671±1)Ω

Segunda parte:

Materiales:

v     O Amperímetro (escala 20m)

v     Conductores

v     Resistencia interna

v     Fuente variable

Procedimiento y resultados

Se arma el circuito de la imagen, al igual que en la primera parte,

 

Luego se enciende la fuente a 3V, y se registran los datos, proporcionada por el amperímetro, seguido a esto, calculamos mediante la ecuación de la ley de ohm el valor de la resistencia.

Por último, calculamos los errores en cada una de las partes y se los compara, para decidir cuál  de las formas es más conveniente para medir la resistencia interna de un voltímetro.

Datos registrados:

Fuente	Amperímetro
(12,14±0,01)V	(17,5±0,1)mA	680Ω

Conclusiones:

Se observaron formas diferentes de medir la resistencia interna de un voltímetro. En la primera parte se obtuvo un error de 0,15%, mientras que en la segunda parte se tuvo un error de 0,72%, lo cual concluimos que la primera forma de medir la resistencia interna de un voltímetro es la más conveniente a la hora de realizar este tipo de prácticos.

“Ley de las mallas, de Kirchoff”

Introducción:

Este práctico se realizó con la finalidad de  determinar experimentalmente la ley de las mallas de Kirchoff. Para esto usamos una fuente variable, tres amperímetros para medir las diferentes intensidades de corriente y dos voltímetros para determinar la caída de potencial para cada resistencia. Se toman los datos registrados por los instrumentos y se sustituyen en las expresiones correspondientes a la ley.

Objetivos:

v     Comprobar experimentalmente la ley de las mallas de Kirchoff.

Resumen:

Las leyes de Kirchoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchoff. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica.

Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.

Ley de tensiones de Kirchoff

Ley de tensiones de Kirchhoff, en este caso v4= v1+v2+v3. No se tiene en cuenta a v5 porque no hace parte de la malla que estamos analizando.

Esta ley es llamada también Segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff y es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley.

En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico es igual a 0.

Método experimental:   

Materiales:

v     Amperímetro

v     Voltímetro

v     Fuente variable de 12 v

v     resistencias de 100Ω - 1000Ω

v     Conductores

Procedimiento y resultados:

Primero se arma el dispositivo experimental como se muestra la siguiente imagen:

                                                                    

Como puede verse en la imagen, el dispositivo consta de una fuente variable, tres Amperímetros, dos resistencias y dos voltímetro, como ya lo hemos mencionado.

Luego del armado, se procede a la toma de datos de la siguiente manera: dejando constante el voltaje de la fuente variable (en 3V); se anotan los valores marcados por los amperímetros y voltímetros para ese voltaje en una tabla en Excel. Con los valores anteriormente registrados, se procede al cálculo correspondiente que compruebe la ley de las mallas de Kirchhoff. Después de la realización del práctico, se calcula el índice de error en los mismos.

Resultados:

Amperímetro	intensidad
As	(29,4±0,1) mA
A1	(2,81±0,01)mA
A2	(26,8±0,01)mA

Voltímetro	Voltaje	R
V1	(2,79±0,01)V	100Ω
V2	(2,75±0,01)V	1000Ω

Conclusiones:

 Como hemos observado en la realización de este practico, la ley de las mallas de Kirchoff es comprobable, debido a ciertos errores sistemáticos de la realización del practico (tales como: la fuente: 0,33%, los voltímetros:0,35% y 0,36%, los amperímetros:0,34%, 0,36% y 0,37%), los valores obtenidos en la misma son aproximados a los teóricos, aunque estos errores no influyan significativamente en la practica.

“Definición y medición de diferencia de potencial”

Introducción:

A continuación se realizara el armado de un circuito sencillo, donde mediremos los diferentes voltajes, y se expresaran con sus respectivas incertidumbres.

Objetivos:

v     Definir; diferencia de potencial.

v     Medir las diferencias de potenciales

v     Expresarlos con sus respectivas incertidumbres.

Resumen:

Energía Potencial y Diferencia de Potencial:

Recordando que el trabajo hecho por una fuerza constante en un sistema conservativo es igual al cambio negativo en la energía potencial, tendremos que el cambio o diferencia en el potencial de una carga que se mueve del punto A al punto B bajo la influencia de una fuerza eléctrica estará dado por:

Análogamente a la definición de campo eléctrico, nos interesa definir la diferencia de potencial eléctrico ΔV = VB - VA, como el cambio en la energía potencial eléctrica ΔU por unidad de carga. La Diferencia de Potencial se define como el trabajo por unidad de carga que un agente externo debe producir para mover una carga de prueba de A a B sin cambiar su energía cinética. La Diferencia de potencial tiene unidades de Joules por Coulomb. Como un Joule por Coulomb se define como un Volt, frecuentemente se refiere a la Diferencia de Potencial como Voltaje. 

Una pila o batería es un término que se aplica a cualquier aparato que genera una diferencia de potencial eléctrico a partir de otras formas de energía. Por medio de una batería es posible establecer una diferencia de potencial (o voltaje) a través de dos electrodos. El tipo de baterías que se usarán en esta práctica se conocen como baterías químicas debido a que convierten la energía química interna en energía eléctrica.

Como resultado de la diferencia de potencial una carga eléctrica puede repelerse de una terminal y ser atraída a la otra terminal. Ninguna carga puede fluir fuera de la batería a menos que exista un material conductor conectado a las terminales. Un flujo de carga puede encender un pequeño foco.

La rapidez con la que fluye la carga eléctrica se conoce comúnmente como Corriente o Intensidad Eléctrica. Si la carga fluye a través de un conductor entonces la definición matemática de la corriente promedio estará dada por:                

                                              

      Consecuentemente, la corriente en un instante estará definida como la derivada de Q con respecto a t.

La unidad de corriente se llama Ampere. Un Ampere representa el flujo de un Coulomb de carga a través del conductor en un intervalo de tiempo igual a un segundo.

Medición de la tensión o voltaje

Para medir tensión o voltaje existente en una fuente de fuerza electromotriz (FEM) o e un circuito eléctrico, es necesario disponer de un instrumento de medición llamado voltímetro, que puede ser tanto del del tipo analógico como digital.

El voltímetro se instala de forma paralela en relación con la fuente de suministro de energía eléctrica. Mediante un multímetro o “tester” que mida voltaje podemos realizar también esa medición. Los voltajes bajos o de baja tensión se miden en volt y se representa por la letra (V), mientras que los voltajes medios y altos (alta tensión) se miden en kilovolt, y se representan por las iniciales (kV).

Método experimental:   

Materiales:

Resistencias de: 2,2kΩ, 1kΩ, 5,6 kΩ

Lámparas,

Conectores

Diferentes tipos de voltímetros, tester, etc.

Fuente variable de 12 v

 Procedimiento y resultados:

La imagen que se muestra a continuación, ilustra un esquema general del armado del circuito que se utilizará a lo largo de la experiencia (Fig.1)

Como puede apreciarse en la imagen, el dispositivo está constituido por una fuente variable (C.C 3V), conectada en serie a una resistencia(o lámpara), y ésta conectada en paralelo a un voltímetro.

A continuación se procede a la toma de datos, variando en cada muestra el tipo de voltímetro que disponemos en el laboratorio. Este procedimiento se repite para cada una de las resistencias y posteriormente para la lámpara.

Los datos recogidos a lo largo del experimento fueron introducidos en una tabla en Excel

Posterior a esto, se calcula el porcentaje de error, que se produjeron en cada voltímetro.

Resultados:

	Lampara	Resistencias
		2,2kΩ	1kΩ	5,6 kΩ
Tester comun, digital negro	2,93±0,01	2,84±0,01	2,95±0,01	2,97±0,01
	0,34%	0,35%	0,34%	0,37%
Tester analogico, boton negro,esc. 10v.	3,00±0,2	3,00±0,2	3,00±0,2	3,00±0,2
	6,60%	6,60%	6,67%	6,67%
Tester analogico, boton negro, esc.50v.	3 ± 1	2,5 ± 1	2,5± 1	2,5 ± 1
	33%	40,00%	40%	40%
Tester analogico boton rojo, esc. 5v.	2,9 ±0,1	3,0 ± 0,1	3,0 ± 0,1	2,5 ± 0,1
	3,40%	3,33%	33,30%	40%
tester analogico boton rojo, es. 15 v.	2,75 ± 0,5	3,0± 0,5	2,95 ± 0,5	3,0 ± 0,5
	18,18%	16,60%	16,95%	16,67%
tester amarillo	2,96 ± 0,01	2,97± 0,01	2,97 ± 0,01	2,98 ± 0,01
	0,34%	0,34%	0,34%	0,34%
caja voltimetro, esc. 3 v.	2,8 ± 0,2	2,9± 0,2	2,9 ± 0,2	2,8 ± 0,2
	7,14%	6,90%	6,90%	7,14%

Conclusiones:

En la experiencia realizada en el laboratorio, se pudo calcular los respectivos porcentajes de error de cada instrumento, los cuales oscilan desde un 0,33% hasta 40% para las mediciones de las resistencias y la lámpara. Es aquí que concluimos según los datos obtenidos, que los testers digitales son los mas eficaces en el momento de tomar medidas, dándonos pautas de eficacias de ciertos instrumentos dentro del laboratorio.