“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.