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AMPERÍMETRO
Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de
corriente que está circulando por un circuito eléctrico.
Los amperímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya
escala ha sido graduada en amperios.
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 sobre 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 circulante.
Utilización
Para efectuar la medida es necesario de la intensidad de la corriente circulante
el amperímetro ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha
corriente. Esto nos lleva a que el amperímetro debe poseer una resistencia
interna lo más pequeña posible, a fin de que no produzca una caída de tensión
apreciable. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos
electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán 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
destruirse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en
paralelo con el devanado, de forma que solo pase por este 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 al utilizar esta proporcionalidad, el galvanómetro se
puede así emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios.
Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un
miliamperímetro en milésimas de amperio.
Tenemos en la actualidad otra forma para efectuar la medida de la intensidad
de la corriente mediante la utilización de la pinza voltiamperimetrica. Cuando
fluye corriente eléctrica en un conductor se forma alrededor de el un campo
magnetico,al colocar el conductor en el centro de las tenazas, el campo
magnético es tomado por las tenazas de la pinza, que en realidad es un núcleo
que transporta ese flujo magnético hasta una bobina que esta dentro de la
pinza; en pocas palabras hemos descrito un transformador, que el primario es
el conductor del circuito al cual vamos a medir la carga, y la bobina que está
dentro de la pinza es el secundario y las tenazas de la pinza el núcleo y
mediante un circuito electrónico nos de la lectura de la intensidad. Se utiliza
solo para medir intensidades (cargas) de CA.
Figura 1.- Conexión de un amperímetro en un circuito
En la Figura 1 se puede observar la conexión de un amperímetro (A) en un
circuito, por el que circula una corriente de intensidad (I).
Asimismo, se muestra la conexión del resistor shunt (RS).
El valor de RS se calcula en función del poder multiplicador (n) que queremos
obtener y de la resistencia interna del amperímetro (RA) según la fórmula
siguiente:
Así si queremos que un amperímetro con resistencia interna de 5 ohmios, que,
sin shunt, puede medir un máximo de 1 A pueda medir hasta 10 A, el shunt
debe tener un poder multiplicador de 10, por tanto RS deberá ser:
EL ÓHMETRO
Fundamento
El ohmímetro u óhmetro es un dispositivo que sirve para medir resistencias. En
los laboratorios escolares está integrado en un polímetro (o multímetro), siendo
éste un aparato polivalente ya que también mide voltajes e intensidades de
corriente, entre otras magnitudes.
El óhmetro (encuadrado en un polímetro analógico) aplica, mediante una pila
interna, una diferencia de potencial entre sus terminales cuando no existe en
ellos ninguna resistencia y por ello la aguja del aparato marca la máxima
lectura. Cuando en los terminales se coloca la resistencia que se desea medir
se produce una caída de tensión y la aguja se desplaza hacia valores
inferiores, esto es, de derecha a izquierda. En el polímetro las escalas del
voltaje e intensidad crecen de izquierda a derecha, mientras que la escala de
resistencias lo hace al revés.
Cuando se mide una resistencia lo primero que hay que hacer es poner el
aparato en cortocircuito entre sus terminales y ajustar, mediante un tornillo que
lleva incorporado, la aguja al valor cero en la escala de las resistencias. Luego,
se instala entre los terminales la resistencia a medir y el desplazamiento de la
aguja indica el valor de la resistencia leyéndose su valor en la escala. Dado
que el intervalo de resistencias que se pueden medir es muy amplio, existen
distintas escalas las cuales se pueden seleccionar con el cursor, para
adaptarse al valor de la resistencia que se vaya a medir.
Si se utiliza un polímetro digital la lectura es inmediata, solamente se debe
escoger la escala para la que la resistencia que se desea medir sea inferior al
máximo indicado. Una vez colocada la resistencia entre los terminales, la
lectura aparece en pantalla.
La única precaución al medir resistencias es que ésta no esté alimentada por
ninguna fuente de alimentación para que no se altere el valor de la lectura, ni
se dañe el polímetro
En este experimento se utiliza un polímetro digital al que se conectan distinto
número de resistencias iguales montadas en paralelo. Durante el experimento
se utilizan dos escalas del aparato de medida. El óhmetro mide en cada caso el
valor de la resistencia equivalente de las que están colocadas en paralelo
Si se colocan dos resistencias iguales a R la resistencia equivalente vale R/2.
Si se colocan tres iguales R/3 y si se colocan N la resistencia equivalente es
La representación de RE frente a N es una curva, la de RE frente a 1/N es una
recta cuya pendiente mide el valor promedio de una resistencia.
Las resistencias utilizadas son comerciales de 1000 W con incertidumbre de un
5%. A partir de las gráficas se determina si el valor obtenido para R, está
dentro de los límites de incertidumbre marcado por el fabricante de las
resistencias.
Fotografías
En las siguientes fotografías se muestra el circuito real. Para cada
fotografía se apuntan la escala del óhmetro, la resistencia equivalente y el
número de resistencias colocadas en derivación. Todos los valores se
anotan en la tabla 1.
Solución
VOLTÍMETRO
Dos voltímetros digitales
Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial
entre dos puntos de un circuito eléctrico cerrado pero a la vez abiertos en los
polos.
Clasificación
Podemos clasificar los voltímetros por su funcionamiento mecánico, siendo en
todos los casos el mismo instrumento
Voltímetros electromecánicos
Estos voltímetros, en esencia, están constituidos por un galvanómetro cuya
escala ha sido graduada en voltios. Existen modelos que separan las corrientes
continua y alterna de la señal, pudiendo medirlas independientemente.
Voltímetros electrónicos
Añaden un amplificador para proporcionar mayor impedancia de entrada (del
orden de los 20 megaohmios) y mayor sensibilidad. Algunos modelos ofrecen
medida de "verdadero valor eficaz" para corrientes alternas. Los que no miden
el verdadero valor eficaz es por que miden el valor de pico a pico, y suponiendo
que se trata de una señal sinusoidal perfecta, calculan el valor eficaz por medio
de la siguiente fórmula:
Voltímetros vectoriales
Se utilizan con señales de microondas. Además del módulo de la tensión dan
una indicación de su fase.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
Voltímetros digitales
Dan una indicación numérica de la tensión, normalmente en una pantalla tipo
LCD. Suelen tener prestaciones adicionales como memoria, detección de valor
de pico, verdadero valor eficaz (RMS), autorrango y otras funcionalidades.
El sistema de medida emplea técnicas de conversión analógico-digital (que
suele ser empleando un integrador de doble rampa) para obtener el valor
numérico mostrado en una pantalla numérica LCD.
El primer voltímetro digital fue inventado y producido por Andrew Kay de "NonLinear Systems" (y posteriormente fundador de Kaypro) en 1954.
Utilización
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 la fuerza necesaria 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.
En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que
soportarían los devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos
electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de
elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta
a una fracción de la tensión total.
A continuación se ofrece la fórmula de cálculo de la resistencia serie necesaria
para lograr esta ampliación o multiplicación de escala:
, donde
N es el factor de multiplicación (N≠1) Ra es la Resistencia de ampliación del
voltímetro
Rv es la Resistencia interna del voltímetro
VATÍMETRO
El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la
tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo
consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil
llamada «bobina de potencial».
Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en
paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se
mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por
las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la
corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una
resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella.
El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión
de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación
W=VA o P=EI. En un circuito de corriente alterna la deflexión es proporcional al
producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y
posiblemente (dependiendo de las características de cargo) mostrando una lectura
diferente a la obtenida multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por un
voltímetro y un amperímetro independientes en el mismo circuito.
Los dos circuitos de un vatímetro son propensos a resultar dañados por una corriente
excesiva. Tanto los amperímetros como los voltímetros son vulnerables al
recalentamiento: en caso de una sobrecarga, sus agujas pueden quedar fuera de escala;
pero en un vatímetro el circuito de corriente, el de potencial o ambos pueden
recalentarse sin que la aguja alcance el extremo de la escala. Esto se debe a que su
posición depende del factor de potencia, el voltaje y la corriente. Así, un circuito con un
factor de potencia bajo dará una lectura baja en el vatímetro, incluso aunque ambos de
sus circuitos esté cargados al borde de su límite de seguridad. Por tanto, un vatímetro no
sólo se clasifica en vatios, sino también en voltios y amperios.
Vatímetro electrónico
Los vatímetros electrónicos se usan para medidas de potencia directas y pequeñas o para
medidas de potencia a frecuencias por encima del rango de los instrumentos de tipo
electrodinamómetro. Los triodos acoplados se operan en la porción no lineal de sus
curvas características al voltaje de red y la corriente de placa.
El rango de frecuencia de un vatímetro electrónico puede extenderse hasta los 20
megahercios usando tubos de pentodos en lugar de triodos. Las condiciones de
operación de un pentodo se ajustan de forma que la corriente de placa sea proporcional
al producto de una función linear del voltaje de placa y a una función exponencial del
voltaje de red.
CONCEPTO DE LA LEY DE OHM
En un circuito sencillo en donde tenemos en serie una fuente de tensión (una
batería de 12 voltios) y una resistencia de 6 ohms (ohmios), se puede
establecer una relación entre la tensión de la batería, la resistencia y la
corriente que entrega la batería y circula a través de esta resistencia o resistor.
Esta relación es: I = V / R y se llama la Ley de Ohm
Entonces la corriente que circula en el circuito es: I = 12 Voltios / 6 ohms = 2
Amperios.
De la misma manera, de la fórmula se puede despejar el voltaje en función de
la corriente y la resistencia, entonces la Ley de Ohm quedaría: V = I * R. Así si
se conoce la corriente y la resistencia se tiene que: V = 2 Amperios * 6 ohms
= 12 V
Al igual que en el caso anterior, si se despeja la resistencia en función del
voltaje y la corriente, y se obtiene la Ley de Ohm de la forma: R = V / I
Entonces si se conoce el voltaje y la corriente se obtiene que: R = 12 Voltios / 2
Amperios = 6 ohms
Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm se utiliza el siguiente
triángulo que tiene mucha similitud con las fórmulas analizadas anteriormente.
Triángulo de la ley de Ohm
V=IxR
I=V/R
R=V/I
Ley de Ohm
La ley de Ohm, establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula
por un dispositivo es directamente proporcional a la diferencia de potencial
aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo, según
expresa la fórmula siguiente:
En donde, empleando unidades del Sistema internacional:
I = Intensidad en amperios (A)
V = Diferencia de potencial en voltios (V)
R = Resistencia en ohmios (Se representa con la letra griega Ω).
En hidráulica se verifica una ley similar a la Ley de Ohm, que puede facilitar su
comprensión. Si tenemos un fluido dentro de un tubo, la diferencia de presiones
entre sus extremos equivale a la diferencia de potencial o tensión, el caudal a
través del conducto, equivale a la intensidad de la corriente eléctrica y la suma
de obstáculos que impiden la corriente del fluido, equivale a la resistencia
eléctrica.
Aquellos dispositivos cuya resistencia eléctrica solo depende de la naturaleza
del propio material y de la temperatura, con independencia de la tensión o tipo
de corriente eléctrica aplicadas (continua o alterna), se denominan óhmicos o
ideales.
Si la corriente no es continua, sino alterna la ley de Ohm se formula:
siendo V la tensión, I la intensidad y Z la impedancia, todas ellas magnitudes
complejas.
Historia
Esta ley fue formulada por Georg Simon Ohm en 1827, en la obra Die
galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (Trabajos matemáticos sobre los
circuitos eléctricos), basándose en evidencias empíricas. La formulación
original, era
siendo J la densidad de la corriente, σ la conductividad eléctrica y E el campo
eléctrico (J y E magnitudes vectoriales), sin embargo se suele emplear las
fórmulas simplificadas anteriores para el análisis de los circuitos.
POTENCIA Y LEY DE WATT
Potencia eléctrica
La potencia eléctrica, representada por la letra P, es la tasa (velocidad) de
producción o consumo de energía, como la potencia de un generador o la
potencia disipada en una lámpara. La energía en el SIU se expresa en joules
(J) y la potencia se mide en watts (W) o con frecuencia en kilowatts (kW),
donde:
1W=1J/s
1 kW = 1000 W
El consumo de energía eléctrica por lo general se suele medir en kilowatts–
hora (kWh), el cual se define como el consumo de un artefacto de 1000 W de
potencia durante una hora.
Sin embargo, es práctica común en la industria utilizar otras unidades para
expresar la potencia eléctrica, como son los caballos fuerza (hp) y la Unidad
Térmica Británica (BTU). Las equivalencias de estas unidades con el watt son:
1 hp = 746 W
1 W = 3.41 BTU/h
Ley de Watt
La ley de Watt, establece que la potencia en un aparato eléctrico se puede
determinar mediante la siguiente fórmula:
P=V*I
Es decir, si se conoce el voltaje aplicado y la intensidad de corriente que circula
por el circuito, se puede calcular la potencia desarrollada en el equipo.
LEY DE WATT
Enunciado:
“La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente
proporcional a la tensión de
la alimentación (v) del circuito y a la intensidad ( I ) que circule por él”
Ecuación:
P=V.I
En donde:
P = potencia en Vatios
V = Tensión en voltios
I = Intensidad
Vatio:
El vatio o watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades.
Su símbolo es W.
Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s) y es una de las unidades
derivadas.
Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el vatio es la potencia
producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica
de 1 amperio (1 VA).
La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en vatios, si son de
poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios
(kW) que equivale a 1000 vatios. Un kW equivale a 1,35984 CV (caballos de
vapor).
LEYES DE KIRCHHOFF DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Las leyes (o Lemas) de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Robert
Kirchhoff en 1845, mientras aún era estudiante. Estas son la Ley de los nodos
o ley de corrientes y la Ley de las "mallas" o ley de tensiones. Son muy
utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de intensidad de
corriente y potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la
aplicación de la ley de conservación de la energía.
En circuitos complejos, así como en aproximaciones de circuitos dinámicos, se
pueden aplicar utilizando un algoritmo sistemático, sencillamente programable
en sistemas de cálculo informatizado mediante matrices de un solo nucleo.
Enunciado de las Leyes
Ley de los nodos o ley de corrientes de Kirchhoff
1a. Ley de circuito de Kirchhoff
(KCL - Kirchhoff's Current Law - en sus siglas en inglés o LCK, ley de corriente
de Kirchhoff, en español)
En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de
tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes
salientes.
Un enunciado alternativo es:
En todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0 (cero).
.
Ley de las "mallas" o ley de tensiones de Kirchhoff
2a. Ley de circuito de Kirchhoff
(KVL - Kirchhoff's Voltage Law - en sus siglas en inglés. LVK - Ley de voltaje
de Kirchhoff en español.)
En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma
de todas las subidas de tensión.