UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL ESPECIALIDAD DE INGENIERIA SANITARIA
TEMA: MEDICIONES ELÉCTRICAS DC INTEGRANTES: PAITAN CALDERON, KELVIN BRIAN MIRANDA LEVANO, PAMELA LARA LOPEZ, STEPHANIE ALVARADO HUAREZ, HUAREZ, VALERIA DOCENTE: SANDRO RODRÍGUEZ LAURA FECHA DE REALIZACIÓN: 09/09/2018 FECHA DE ENTREGA: /10/2018 LIMA, 2018
FÍSICA III – III – INTENSIDAD INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
ÍNDICE I.- RESUMEN. RESUMEN.................. .................................. .................................. ................................. ................................. .................................. ........................... .......... 2 II.- AGRADECIMIEN II.- AGRADECIMIENTO………………………… TO………………………………………………… …………………………………….……… …………….………3 3 III.- INTRODUC INTRODUCCIÓN CIÓN............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. ................... ..4 IV.- JUSTIFICACIÓN………….……………………………………………………… ............5 V.- IMPORTANCIA DEL EXPERIMENTO……………………………….…………………. 5 VI.- OBJETIVOS VI.- OBJETIVOS DE LAS EXPERIENCIAS ..................................................................6 ..................................................................6 VII.- MARCO MARCO TEÓRICO TEÓRICO......................................... .......................................................... ................................. ................................. ...................... .....7 VIII.- INSTRUMENTOS DE LABORATORIO: ................... ......... ................... .................. ................... ................... ............. ....18 18 IX.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL……………………………………..………… ..19 X.- CALCULOS Y RESULTADOS………………………………………………………….. XI.- GRAFICAS………………………………………………………………………………. XII.- OBSERVACIONES……………………………………………………………………. XIII.- SUGERENCIAS………………………………………………………………………. XIV.- CONCLUSIONES…………………………………………………………………….. XV.- FUENTES DE INFORMACIÓN………………………………………………………. XVI.- ANEXOS ANEXOS................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. ............................. ............
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FÍSICA III – III – INTENSIDAD INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES
RESUMEN
En esta práctica de laboratorio hay tres conexiones diferentes de circuitos, en el primero se deberá conectar de forma real de tal manera que tenga la forma mostrada en la hoja, luego comparar las resistencias, tanto las teóricas y la experimental, al terminar el primer circuito, proceder con armar el segundo, en este se compararan los voltajes que circulan, después al armar el tercer circuito, se comparara la intensidad, las resistencias y el voltaje que circula en el circuito.
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AGRADECIMIENTO
Para realizar este informe del laboratorio de física lll, me he informado de muchos autores de libros, tiempo, ideas, sugerencias que al final se al logrado en esta realización de este trabajo de investigación. Se le da este agradecimiento de este informe de investigación a las personas más cercanas de nuestro grupo de investigación, las cuales son nuestros familiares, así también a nuestro gran docente, el ingeniero Gonzales; el cual supo apoyarnos en nuestro proceso de investigación de este informe.
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INTRODUCCIÓN
Para el desarrollo exitoso de todas las prácticas de Física III es necesario conocer y operar correctamente los instrumentos de mediciones eléctricas. Estos instrumentos permiten medir la intensidad de corriente eléctrica por un conductor (amperímetro), la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito (voltímetro) o la resistencia eléctrica de un dispositivo resistor (óhmetro). Afortunadamente, el Multímetro Digital reúne estos instrumentos de medición y otros útiles para medir temperatura, probar diodos o medir capacitancias. En esta práctica usted reconoce y aprende a utilizar el Multímetro Digital y se familiariza con algunos componentes básicos de los circuitos eléctricos como fuentes de voltaje y resistores. No olvide leer cuidadosamente las precauciones que aparecen en el anexo.
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JUSTIFICACIÓN Las mediciones e instrumentos de medidas eléctricas son tradicionales y necesarios en la formación profesional del egresado de esta disciplina, por ello se ha establecido la asignatura de Mediciones Eléctricas con una duración de cuatro horas semanales que estimamos serán suficientes para el desarrollo de este programa. Fundamentalmente consideramos la importancia de que el desarrollo del proceso sea completo, tanto en la parte conceptual, como en la práctica de laboratorios; a fin de que el estudiante adquiera las destrezas correspondientes en la manipulación e instalación correcta de los instrumentos de medición. Para la elaboración del mismo se ha tomado en cuenta que casi todos los Institutos Técnicos cuentan en la actualidad con un inventario
de
instrumentos que cubren la mayoría de los laboratorios que se deben desarrollar para alcanzar los objetivos propuestos.
IMPORTANCIA DEL EXPERIMENTO Las mediciones o medidas desempeñan una misión trascendental en el progreso del hombre, cuya importancia quizá solamente sea superada por las facultades intelectivas. En efecto, podría decirse que el progreso de la Humanidad está jalonado por el descubrimiento del nuevo arte de medir. El más importante de estos descubrimientos puede ser, por tanto, considerado como la piedra angular de su progreso. La medición es el medio de que el hombre dispone para complementar su sistema sensorial y su cerebro. Es la base para establecer el cómputo de sus actividades y economía, guiando todo trabajo científico y dirigiendo el empleo de las máquinas economizadoras de esfuerzo en la industria y en el hogar. Los fenómenos eléctricos proporcionan el medio más importante y adaptable para efectuar no sólo las medidas eléctricas, sino también casi todas las medidas no eléctricas.
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OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA:
OBJETIVOS GENERAL o
Reconocer y utilizar el multímetro digital para medir algunos componentes básicos de los circuitos eléctricos como fuentes de voltaje, corrientes y resistencias. Específicos
OBJETIVOS ESPECÍFICOS o
Aprender a manejar los distintos instrumentos de medición: multímetro digital, voltímetro analógico, amperímetro analógico.
o
Comprobar mediante medición experimental, con el multímetro digital y amperímetro analógico, como se comporta la corriente eléctrica en un circuito eléctrico.
o
Comprobar mediante medición experimental, con el multímetro digital y voltímetro analógico, como se comporta los diferentes voltajes que conforman un circuito eléctrico.
o
Comprobar mediante medición experimental, con un multímetro digital, las medidas nominales de las resistencias y las medidas equivalentes en diferentes arreglos de circuito con resistencia.
o
Comprobar las leyes de: resistencia equivalente y voltajes en serie y paralelo son conforme con la medición experimental.
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MARCO TEÓRICO
LEY DE OHM
Hay una relación fundamental entre las tres magnitudes básicas de todos los circuitos, y es: =
Es decir, la intensidad que recorre un circuito es directamente proporcional a la tensión de la fuente de alimentación e inversamente proporcional a la resistencia en dicho circuito. Esta relación se conoce como Ley de Ohm.
Es importante apreciar que: 1. podemos variar la tensión en un circuito, cambiando la pila, por ejemplo; 2. podemos variar la resistencia del circuito, cambiando una bombilla, por ejemplo; 3. no podemos variar la intensidad de un circuito de forma directa, sino que para hacerlo tendremos que recurrir a variar la tensión o la resistencia obligatoriamente. También debemos tener claro que:
I sube Si , V sube o R baja
I baja si , V baja o R sube
Cuando resolvemos problemas de la ley de Ohm tendremos que saber despejar cada una de las variables en función de cuál sea la incógnita que nos pregunten. El siguiente gráfico te servirá para hacer esto: tapa la variable que deseas despejar y si las que te quedan a la vista está, a la misma altura, pon entre ellas un signo de multiplicar; si quedan una sobre la otra, pon un signo de dividir
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MULTIMETRO Un multímetro es un instrumento que permite medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y diferencia de potenciales o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna. Características de los Multímetros El Multímetro se utiliza para medir diferentes acciones de los electrones en los componentes eléctricos y electrónicos. Con este instrumento podrás medir "resistencia”, “corriente", y "tensión eléctrica".
Se presentan en una caja protectora, de tamaño no mayor de 25 pulgadas cúbicas.
Proveen dos terminales cuya polaridad se identifica mediante colores: Negro (-) y Rojo (+).
En las medidas de corriente directa (CD), la polaridad de los terminales debe ser observada para conectar apropiadamente el instrumento. Esta precaución no es necesaria para las medidas de corriente alterna (CA).
Poseen una llave selectora para elegir el tipo de medida a realizar. Están diseñados para hacer medidas de "resistencia", "corriente", y "tensión eléctrica" .
La medida de precaución más importante es que en las medidas de tensión y corrientes debe observar las escalas. Es conveniente utilizar siempre la escala mayor en la primera medida, luego la corregimos si es necesario
RESISTENCIAS La resistencia es un componente que se encarga de limitar la cantidad de corriente que puede pasar a través de un circuito, convirtiendo el exceso en calor. La resistencia de un material depende de varias propiedades, que pueden ser combinadas para lograr componentes de diferentes valores: El material: un material posee una resistencia natural, que lo hace más o menos conductor. Esto es aprovechado para fabricar distintos tipos de resistencias, por ejemplo las de carbón, las de nicromio (níquel + cromo), o las de una aleación denominada eureka. La longitud: entre más largo sea un conductor, mayor resistencia tendrá. Esta propiedad tiene poca importancia en electrónica, ya que la mayor parte de las resistencias son 8
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bastante pequeñas, pero cobra mucha importancia en el capítulo de antenas, al analizar el tema de líneas de transmisión. La sección transversal: la sección transversal de un conductor es la forma que tiene al cortarlo. Por ejemplo un alambre cilíndrico posee una sección circular si se corta. Entre más grande sea el área de esta sección (por ejemplo entre más grueso sea el alambre) menor resistencia tendrá el material. La temperatura: conforme se va calentando un conductor, aumenta su resistencia. Por esta razón es que un conductor sometido a demasiada corriente puede llegar a fundirse: el conductor se va calentando, y conforme aumenta su resistencia se calienta más hasta fundirse. La capacidad que tiene una resistencia para disipar corriente en forma de calor se llama la potencia de la resistencia. Los valores más típicos de potencia en electrónica son ¼ y ½ watt, pero existen valores mayores, incluso de varios miles de watts. Al sustituir una resistencia, debemos siempre verificar que tengamos un valor de potencia mayor o igual a la original. Nunca debemos sustituir por una resistencia de menor valor. La resistencia se mide en ohms, como se vio en el capítulo de Ley de Ohm. Esta propiedad es la que caracteriza las resistencias en el mercado, y cuando ocupamos comprar una resistencia la pedimos por su ohmiaje. Un fusible es una especie de resistencia, cuya función es destruirse en caso de que algo dentro del circuito funcione mal. En este caso se produce un exceso de corriente en el fusible, y ocurre el ciclo destructivo de temperatura descrito anteriormente, el cual funde este componente e interrumpe la corriente. Nunca se debe remover un fusible de un equipo, ni se debe sustituir por un fusible de mayor amperaje. Un potenciómetro es una resistencia cuyo ohmiaje no es fijo, sino que se puede variar por medio de un mecanismo móvil. Los potenciómetros encuentran gran aplicación en la electrónica, en especial en controles de volumen y ganancia de sistemas de audio.
TIPOS DE RESISTENCIA En esta entrada trataremos las diferentes resistencias utilizadas en la industria eléctrico-electrónica. Como ya sabemos las resistencias se utilizan para ofrecer cierta oposición al paso de la corriente, las diferentes clases de resistencias se pueden clasificar por su fabricación, por su consumo o por su valor.
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Los tipos de resistencias más utilizadas son: - Resistencias fijas: aglomeradas, de película de carbón, de películas metálicas y bobinadas. - Resistencias variables: bobinadas, de película. - Resistencias dependientes o variables: LDR, VDR, PTC, NTC. La construcción de un tipo u otro de resistencias nace por la necesidad de cumplir unas especificaciones de bajo/alto valor óhmico, potencia, etc. Para el cálculo de una resistencia no basta con calcular su valor óhmico también es necesario conocer la potencia que puede soportar y, por tanto, el calor que es capaz de disipar dicha resistencia, la mayor o menor potencia repercute en su tamaño a más potencia más grandes son las resistencias, la unidad es el vatio o fracciones de vatio como puede ser; 1/4w, ½ w, 1w, 1,5w, 5w, etc. Las resistencias de carbón aglomerado se fabrican para 1/8 w, ¼ w, ½ w, 1w y 2w. Las resistencias de película de carbón se fabrican para 1/10 w (o 1/8 w), ¼ w, 1/3 w, ½ w, 1w, 1,5 w, 2 w. Las resistencias de película metálica se fabrican normalmente para ¼ w y ½ w. Las resistencias bobinadas existe una gama muy amplia de fabricación con potencias de disipación que van desde 1 w hasta los 130 w o bajo pedido de más potencia. Como ya sabemos la unidad de medida de las resistencias es el ohmio, pero en la aplicación práctica se suelen representar del siguiente modo: - 2k2 = 2200 Ω - 1,5k = 1500 Ω - 4k7 = 4,7k = 4700 Ω - 10k = 10000 Ω En este ejemplo he puesto la k pero para M (de mega) exactamente igual 2M2 = 2200000 Ω A partir de lo explicado se nos plantea la siguiente pregunta, ¿cuáles son las características esenciales de una resistencia? Dependiendo para qué queramos utilizarlas, si en electrónica de potencia, electrónica de telecomunicaciones, etc., pueden existir muchas características aquí tan solo trataré las más básicas;
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- El valor nominal de la resistencia en Ω. - La tolerancia de este valor, normalmente en %. - La carga permisible o potencia de la resistencia. Como en casi todas las normas han definido los valores nominales de las resistencias que se fabrican mediante números o mediante un código de colores. La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI, sus siglas en inglés son IEC) determinó el número de valores por década para una serie de valores, por ejemplo; - E6 20% = 6 valores entre 1 y 10. - E12 10%= 12 valores entre 1 y 10. - E24 5%= 24 valores entre 1 y 10. El % de las series nos indica la tolerancia del valor de la resistencia, por ejemplo, si tenemos; R1 = 100 Ω 10% su valor puede oscilar entre 90…110 Ω
CODIGO DE COLORES Es mucho más frecuente este código en las resistencias.
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Diversas tablas del código de colores de resistencias.
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Resistencias fijas de película de carbón.
Resistencias de película de carbón. Foto: Viatger.
Resistencia variable ajustable, trimmer.
Potenciómetros ajustables muy utilizados en circuitos integrados. Foto: Viatger.
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Resistencia variable, potenciómetro giratorio.
Potenciómetro giratorio logarítmico llamados de mando, son utilizados para controlar el volumen, etc., de TV o aparatos de música. Foto: Viatger.
Resistencias especiales. LDR ( Light dependant resistor ). Resistencia dependiente de la luz también llamadas fotorresistencia, el valor óhmico de la misma varía en función de la luz que recibe, cuanta más iluminación recibe menor es la resistencia del componente. Se suelen utilizar en células fotoeléctricas o fotómetros.
LDR, normalmente nunca se conectan solas, siempre van junto a un circuito. Foto: Viatger
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PTC (positive temperature coefficient). Resistencia dependiente de la temperatura, en este caso es positiva, al aumentar la temperatura aumenta su resistencia como en el caso de todos los metales, suelen utilizarse como sensores de temperaturas en distintas aplicaciones; calefacción, estaciones meteorológicas, etc.
NTC (negative temperature coefficient). Resistencia dependiente de la temperatura negativa, es decir, el valor de la resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura, estos elementos suelen ser semiconductores. Igual que los anteriores se utilizan como sensores de temperaturas en diferentes aplicaciones.
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Diversos tipos de NTC, existen NTC que también se saben sus características mediante un código de colores.
VDR. Resistencia dependiente de la tensión o también llamados varistores, el valor de su resistencia disminuye dependiendo de la tensión que reciben, estos elementos se utilizan principalmente para proteger los circuitos contra sobretensiones. Por último también existen resistencias que aumentan sus valor óhmico a medida que aumenta el flujo magnético a la que sea sometida, se utilizan principalmente como sensor en aparatos de medida. En otra ocasión continuaremos hablando de las resistencias SMD, las resistencias multivuelta, redes de resistencias, resistencias extensiométricas, resistencia para calefacción,etc.
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INSTRUMENTOS DE LABORATORIO Voltímetro Analó ico
Multímetro Digital
Cables de conexión
Amperímetro Analógico
Caja de resistores con resistencia de 5Ω a 50Ω
02 resistores de 10k y dos resistores de 10M
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PROCEDIMIENTOS
MEDIDA DE RESISTENCIAS 1.- Reconozca las características del multímetro en operación para medir resistencias. (Rangos de escala, error de medida, impedancia interna). 2.- seleccione 5 resistores diferente valor, registre sus valores nominales y tolerancia según el código de colores. Con el multímetro mida la resistencia de cada uno de los resistores, anote el error de medida. 3.- Arme el circuito de la figura 1 y mida con el ohmímetro la resistencia entre los puntos a y b. compare dicha medida con la obtenida analíticamente. 4.- Elija 2 resistores R 6 DE 5Ω A 50 Ω, R7 DE 10M. Mida sus valores empleando sus voltímetros, anote sus resultados incluyendo el error de medida en cada caso.
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RESULTADOS
I.
RESULTADOS PARTE1
RESISTENCIAS NOMINALES
RESISTENCIAS
VALORES
ERRORES
1
10
5
2
10
5
3
10
5
4
22
5
5
50
5
RESISTENCIAS EXPERIMENTALES
RESISTENCIAS
VALORES
1
9.8
2
9.9
3
9.8
4
21.5
5
46.2
ERRORES
CALCULO DE LA RESISTENCIA EQUIVALENTE
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+ =
+
=
+ =
+
=
10 + 10 = 20
+
.
=
.
6.58 + 21.5 = 28.18
28.18
+
46.2
=
.
= .
PARTE 2 VALOR DE LA FUENTE = 9V
RESISTENCIAS
VALORES
1
10
2
10
= 5.2 = 5.1 = 7.6
Comparamos según la guía + = 10.2 ≠ 7.4
Comparamos según la teoría Del circuito armado tenemos la intensidad de corriente = 0.45 0.45 20 = 9 → 9 ≠ 7.4
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PARTE 3
VALOR DE LA FUENTE=9V
PRIMERA EXPERIENCIA
RESISTENCIAS
VALORES NOMINALES
VALORES EXPERIMENTALES
1
10
10
2
10
10
SEGUNDA EXPERIENCIA
RESISTENCIAS
VALORES NOMINALES
VALORES EXPERIMENTALES
1
50
48.3
2
100
137.9
VALORES DE LA CORRIENTE
CORRIENTE
VALORES EXPERIMENTALES 1
0.232
2
0.031
PRIMERA EXPERIENCIA:
= 5 → =
=
→ = 0.27
% =
24
.−. .
= . %
FÍSICA III – INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICO Y SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES SEGUNDA EXPERIENCIA:
= 6.12 → =
=
. .
→ = 0.032
% =
1. DATOS ORIGINALES
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.−. .
= . %
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DATOS CALCULADOS
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GRAFICO
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OBSERVACIONES DE RESULTADOS
De la segunda parte se nota en la comparación de los valores difieren en más de 3 unidades, esto es debido a la resistencias internas que presenta los instrumentos de medida. En la tercera parte del cálculo de las intensidades de corriente se notan pequeños errores negativos, esto se debe al correcto empleo de los instrumentos y el negativo debido a que la lectura real es será menor a la esperada debido a que no tomamos en cuenta las resistencias internas de los instrumentos que restan energía al circuito. En la primera parte la resistencia equivalente varia en menor proporción respecto al valor teórico
SUGERENCIAS
Es conveniente usar resistencias separadas y no una caja de ellas armadas en serie, el correcto relacionamiento acelerara el proceso de medición.
Se debe de realizar el experimento en el menor tiempo posible
En el empleo de los instrumentos para la medida debe considerarse el primer valor que marque, la variación con el tiempo está relacionado con efectos del medio y la temperatura.
intensidades altas podrían llegar incluso a fundir alguna resistencia o los mismos instrumentos de medida. Por eso se debe realizar un precalculo antes de añadir la fuente de poder.
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ANEXOS
Fig. 1: Armado de equipos con 2 resistores de valor nominal aproximado de 10k
Fig. 3: Medida del multímetro de valor 008.7ohm.
Fig. 2: Armado de equipos con valor nominal de aproximadamente 10MΩ.
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