Práctica Nº 2 Física 5°año

TRABAJO PRÁCTICO Nº 2
USO DEL VOLTÍMETRO Y DEL AMPERÍMETRO
PROBLEMA DE ESTUDIO
¿Se pueden emplear el voltímetro y el amperímetro, para obtener lecturas de
voltaje e intensidad de corriente en un circuito eléctrico?
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1.- Conectar correctamente el voltímetro y el amperímetro en un circuito
eléctrico.
2.- Realizar lecturas de voltaje e intensidad de corriente empleando el
voltímetro y el amperímetro.
3.- Identificar símbolos eléctricos de los elementos que forman un circuito
eléctrico.
4.- Determinar la apreciación del voltímetro y del amperímetro.
MARCO TEÓRICO
Un galvanómetro es una instrumento que se usa para detectar y medir
la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que
produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la
corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado
para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación,
posicionamiento y servomecanismos.
Es capaz de detectar la presencia de pequeñas corrientes en un circuito
cerrado, y puede ser adaptado, mediante su calibración, para medir su
magnitud. Su principio de operación (bobina móvil e imán fijo) se conoce como
mecanismo de D'Arsonval, en honor al científico que lo desarrolló. Este
consiste en una bobina normalmente rectangular, por la cual circula la corriente
que se quiere medir, esta bobina está suspendida dentro del campo magnético
asociado a un imán permanente, según su eje vertical, de forma tal que el
ángulo de giro de dicha bobina es proporcional a la corriente que la atraviesa.
La inmensa mayoría de los instrumentos indicadores de aguja empleados en
instrumentos analógicos, se basan en el principio de operación explicado,
utilizándose una bobina suspendida dentro del campo asociado a un imán
permanente. Los métodos de suspensión empleados varían, lo cual determina
la sensibilidad del instrumento, así cuando la suspensión se logra mediante una
cinta metálica tensa, puede obtenerse deflexión a plena escala con solo 2 μA,
pero el instrumento resulta extremadamente frágil, mientras que el sistema de
"joyas y pivotes", semejante al empleado en relojería, permite obtener un
instrumento más robusto pero menos sensible que el anterior, en los cuales,
típicamente se obtiene deflexión a plena escala, con 50 μA.
Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de
potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.
Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de
colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos entre los que
tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer
una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un
consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión.
Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos
de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con
muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del
aparato se consigue el momento necesario para el desplazamiento de la aguja
indicadora.
Figura 1. Conexión de un voltímetro en un circuito.
En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del
voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas
empleando complejos circuitos de aislamiento.
En la Figura 1 se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre
los puntos de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia
de potencial.
Voltímetros digitales
Un amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir
la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un
microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un
miliamperímetro en milésimas de amperio.
En
términos
generales,
el
amperímetro
es
un
simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de
corriente), con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt".
Disponiendo de una gama de resistencias shunt, se puede disponer de un
amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros
tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la
finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se
conecta a un circuito eléctrico.
El aparato descrito corresponde al diseño original, ya que en la
actualidad los amperímetros utilizan un conversor analógico/digital para la
medida de la caída de tensión en un resistor por el que circula la corriente a
medir. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los
cálculos para presentar en un display numérico el valor de la corriente eléctrica
circulante.
Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente
circule por el amperímetro, por lo que éste debe colocarse en serie, para que
sea atravesado por dicha corriente. El amperímetro debe poseer
una resistencia interna lo más pequeña posible con la finalidad de evitar una
caída de tensión apreciable (al ser muy pequeña permitirá un mayor paso de
electrones para su correcta medida). Para ello, en el caso de instrumentos
basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, están
dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.
En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a
las que podrían soportar los delicados devanados y órganos mecánicos del
aparato sin dañarse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor
colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por éste una
fracción de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt.
Aunque la mayor parte de la corriente pasa por la resistencia de la
derivación, la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo
proporcional a la intensidad total por lo que el galvanómetro se puede emplear
para medir intensidades de varios cientos de amperios.
Figura 2.- Conexión de un amperímetro en un circuito
En la figura 2 se muestra la conexión de un amperímetro (A) en un
circuito, por el que circula una corriente de intensidad (I), así como la conexión
del resistor shunt (RS).
Amperímetro con caja de baquelita
MARCO EXPERIMENTAL
Para responder la pregunta realizada al comenzar el presente trabajo práctico
debemos realizar varias actividades prácticas, no sin antes formular la hipótesis
y las variables motivo de estudio.
Hipótesis
Conectando el voltímetro y el amperímetro en un circuito eléctrico podemos
obtener lecturas de voltaje e intensidad de corriente.
Variable Independiente
Conexión del amperímetro y del voltímetro.
Variable Dependiente
Lectura obtenida con los instrumentos.
PRE-LABORATORIO
Como una manera de prepararte para la realización del presente trabajo de
laboratorio debes responder las siguientes cuestiones.
1.- ¿A qué se llama apreciación de una escala?.
2.- Fórmula para determinar la apreciación de una escala de medida.
3.- Haz un diagrama de un circuito eléctrico donde se muestre una batería, un
interruptor, dos resistencias en serie, un voltímetro midiendo la diferencia de
potencial en los extremos de cada resistencia y un amperímetro midiendo la
corriente del circuito.
4.- ¿Qué es un ohmímetro?.
5.- ¿Qué es un multímetro o polímetro?.
MATERIALES A UTILIZAR
Voltímetro, amperímetro, resistencias de varios valores, fuente de poder,
conductores.
ACTIVIDAD Nº 1
Identificar los símbolos eléctricos
Investiga y dibuja en tu cuaderno el símbolo eléctrico correspondiente a los siguientes
elementos: batería, voltímetro, amperímetro, resistencia, reóstato, fusible, interruptor,
lámpara eléctrica, bobina, condensador fijo, condensador variable, transformador,
corriente continua, corriente alterna.
ACTIVIDAD Nº 2
Determinar la apreciación y el alcance del voltímetro y amperímetro.
Toma el amperímetro y el voltímetro existente en el laboratorio y determina
apreciación y el alcance de cada uno.
la
ACTIVIDAD Nº 3
Conectar los instrumentos de medición en un circuito eléctrico para obtener
lecturas de voltaje e intensidad de corriente.
Haz un esquema de un circuito eléctrico formado por dos resistencias en serie, una
batería, un interruptor, un amperímetro y un voltímetro, luego con los materiales
existentes en el laboratorio, realiza el montaje del circuito diseñado. Realiza lecturas
de voltaje e intensidad de corriente sobre cada resistencia. ¿Qué concluyes?
P0ST-LABORATORIO
Desarrolla en tu cuaderno cada una de las siguientes actividades:
1.- ¿Por qué es importante calcular las apreciaciones de las escalas de los
instrumentos de medición?
2.- Explica la razón por la cual un amperímetro debe tener una resistencia interna de
valor muy pequeña.
3.- Explica la razón por la cual un voltímetro debe tener una resistencia interna de
valor muy grande.
4.- ¿Qué posición debe ocupar el cero de la escala de un galvanómetro?