Download USO DEL POLIMETRO

CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA
1.- OBJETIVOS
Los objetivos de la práctica son los siguientes:
-Aprendizaje del uso del polímetro: medida de resistencias, tensiones e intensidades de
corriente continuas.
-Verificación de la ley de Ohm y de las leyes de Kirchhoff en circuitos en corriente
continua.
2.-CONCEPTOS TEORICOS
Los conocimientos teóricos que se precisan para realizar esta práctica son
sumamente elementales, por eso vamos a enunciar simplemente las leyes y dar las
ecuaciones necesarias.
Ley de Ohm:
Dado un circuito (o rama de un circuito) por el cual circula una corriente de
intensidad I, la diferencia de potencial (también llamada tensión) entre dos puntos es
igual al producto de la intensidad que circula por el valor de la resistencia que haya
entre esos dos puntos.
V=R*I
Leyes de Kirchhoff de redes eléctricas:
-En un nudo de una red la suma de las intensidades es cero (considerando con
signos opuestos las intensidades entrantes y salientes).
-La suma de las diferencias de potencial a lo largo de cualquier camino cerrado
en una red es nula.
Composición de resistencias:
Para N resistencias en serie, la resistencia equivalente es RT = R1 + R2 + ... + RN
1
1
1
1
Para N resistencias en paralelo, la resistencia equivalente es
=
+
+ ... +
R T R1 R 2
RN
3.-CODIGO DE COLORES DE LAS RESISTENCIAS
Las resistencias de carbón (las que se utilizarán en esta práctica) tienen impreso un
código de colores que indica el valor de la resistencia. Cada una de las resistencias tiene
cuatro rayas de color. En uno de los extremos hay siempre una dorada (no amarilla, sino
dorada); ésta servirá de referencia para la lectura del código. Colocaremos la resistencia
de forma que la raya dorada quede en el extremo derecho, de forma que, colocada la
resistencia horizontalmente, tendremos
Color
Color Color Dorada
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Para proceder a la lectura del valor de la resistencia lo haremos por comparación
con la tabla que se encuentra sobre la mesa del laboratorio, donde hay tres columnas con
colores y números a su derecha.
Por ejemplo, supongamos que tuviéramos una resistencia con los siguientes
colores: naranja, rojo, marrón, dorado. Buscamos el primer color en la primera columna
de la tabla: naranja=3; el segundo color se busca en la segunda columna de la tabla:
rojo=2; el tercer color en la tercera columna: marrón=*10. Esto es, 3 2 *10, que se
interpreta 32*10=320 ohmios; esta resistencia tiene por tanto 320 ohmios.
La cuarta raya, la dorada, es la tolerancia, un 5%. Esto implica que aunque el valor
teórico de la resistencia son 320 Ω, el valor real es 320Ω±5%, o lo que es lo mismo,
320±16Ω, con lo que el valor que mediríamos con cualquier aparato de medición estará
entre 304 Ω y 336 Ω.
4.-DESCRIPCION DEL POLIMETRO
El polímetro (también llamado “tester”) es, como su nombre indica, un aparato que
puede medir diferentes variables físicas. El modelo que se utiliza en esta práctica puede
medir diferencias de potencial (o tensión) V continuas y alternas, intensidades de corriente
I continuas y alternas, resistencias R, capacidades de condensadores C, frecuencias y la
variable hFE de un transistor.
El frontal del polímetro está estructurado de la siguiente manera: en la parte
superior hay una pantalla en la que aparece el valor de la magnitud medida y la unidad
correspondiente; en la zona intermedia, además del botón on-off , tenemos el selector de
variable y de fondo de escala; en la parte inferior están los conectores de los terminales
que aplicaremos en los circuitos para proceder a las mediciones.
PANTALLA
ON-OFF
SELECTOR DE VARIABLE
CONECTORES PARA TERMINALES
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SELECTOR DE VARIABLE Y FONDO DE ESCALA. Como se puede comprobar, el
selector es una rueda con la que podemos escoger la variable que queremos medir. Desde
la parte superior y siguiendo un sentido antihorario tenemos Ω (resistencia), CX
(capacidad) (en algún modelo éste va después), A= (intensidad de corriente continua), A~
(intensidad de corriente alterna), kHz (frecuencia), V~ (diferencia de potencial alterna),
V= (diferencia de potencial continua) y hFE (medición de transistores). Dado que en esta
práctica vamos a estudiar circuitos de corriente continua utilizaremos sólo las escalas de
resistencia, tensión continua e intensidad de corriente continua.
Como se puede ver en el polímetro, cada variable tiene varios posibles fondos de
escala. Así, por ejemplo, en tensión continua tenemos 200m, 2, 20, 200 y 1000 voltios
(recordad que el prefijo m son mili = 10-3); estos son los valores máximos que podremos
medir cuando seleccionemos cada opción. Esto es, que si ponemos el selector en la
posición de 20V, podremos medir tensiones de hasta 20V, pero no superiores.
Evidentemente, si escogemos 20V y la medida da, por ejemplo, 1.5V, pasaremos a la
escala de 2V, ya que la precisión será mayor. Por lo tanto, en cada ocasión hay que
escoger el fondo de escala mínimo que incluya la medición para incrementar la
precisión.
En el caso de que escojamos un fondo de escala demasiado pequeño (por
ejemplo, 2V para una tensión de 15V) en la parte izquierda de la pantalla aparecerá el
signo 1 que indica que estamos fuera de escala y que debemos buscar un fondo de
escala mayor.
Si no tenemos ninguna idea del orden de magnitud de la tensión que vamos a
medir, escogeremos la escala más grande y en función de la lectura elegiremos un
nuevo fondo de escala, el más próximo al valor (por arriba) con lo que obtendremos la
medida más precisa posible.
Para la resistencia sucede lo mismo. Aquí los fondos de escala son 200, 2K,
20K, 200K, 2M, 20 M y 200M ohmios; recordad que los prefijos son K de kilo (103) y
M de mega (106). Si en la parte izquierda de la pantalla aparece el signo 1 incluso en la
escala más grande, asumiremos que la resistencia es infinita.
Para las intensidades en continua, los valores son 2m, 20m, 200m y 20 amperios.
Para proceder a la medición de cada variable deberemos, en primer lugar,
colocar el selector en la variable y fondo de escala elegido. Después procederemos a
conectar los terminales de medición en los conectores de la parte inferior en su lugar
correspondiente. El terminal negro debe ir siempre conectado al COM. El terminal rojo
irá conectado dependiendo de la variable que vayamos a medir. Si medimos tensión (V)
o resistencia lo conectaremos en el conector de la derecha, donde pone V/Ω.
ROJO
NEGRO
Si vamos a medir intensidades lo conectaremos en el segundo por la izquierda
que pone mA (miliamperios) ya que las intensidades que mediremos no superarán los
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200mA. El conector de más a la izquierda (10 A ó 20 A, dependiendo del modelo) no se
usará para nada. Es fundamental que estén bien conectadas las terminales coincidiendo
con la posición del selector.
ROJO
NEGRO
Una vez que esté todo bien elegido encenderemos el polímetro presionando el
botón ON/OFF.
Se deberá prestar mucha atención a la forma en que se conectan los terminales
del polímetro a los circuitos o elementos para medir resistencias, tensiones e
intensidades de corriente. Para medir una RESISTENCIA hay que hacerlo SIEMPRE
FUERA del circuito. Las TENSIONES se miden en PARALELO de aquella rama del
circuito en la que queramos medir la diferencia de potencial, mientras que las
INTENSIDADES se miden en SERIE en la rama del circuito correspondiente. DE NO
HACERLO ASÍ QUEMAREMOS EL FUSIBLE DEL POLÍMETRO Y LO
INUTILIZAREMOS COMO MEDIDOR. Así que mucho cuidado. En las figuras se
os indicará en cada caso cómo hay que hacerlo.
5.-PLACA DE PRUEBAS
Esta placa es sobre la que se montarán los circuitos y se realizarán las
mediciones. Consiste en un conjunto de pines conectados según se indica en la figura.
Las columnas A, B están conectadas en vertical, pero no entre sí. Entre cada dos grupos
de estas columnas hay unas columnas marcadas a, b, c, d, etc. Estas están conectadas
horizontalmente en dos grupos (abcde por un lado y fghij por el otro). Empezad por
comprobarlo. Para ello, tomad el polímetro, colocad el selector en resistencias, con el
fondo de escala 2K y el terminal rojo en el conector de resistencias. Encended el
polímetro. Conectad las puntas de los terminales a dos pines de una columna A. La
pantalla del polímetro marcará 0 (no hay resistencia, están conectados por un cable de
casi nula resistencia); si pasáis al menor fondo de escala veréis que hay una mínima
resistencia de algún ohmio.
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A B
a b c d e f g h i j A B
Haced lo mismo para dos pines de la columna B. Conectad ahora los terminales a un pin
de la columna A y a otro de la B. ¿Qué resistencia marca? Si vais cambiando el fondo
de escala hasta llegar a 200M, el marcador sigue dando infinito, esto es, no están
conectadas. Haced las comprobaciones correspondientes para los pines de las columnas
a, b, c, etc.
6.-MEDIDA DE RESISTENCIAS
Ahora es cuando podemos proceder a medir resistencias. Tomad una resistencia
cualquiera de las cuatro de que disponéis. Conectadla sobre la placa de pruebas en dos
pines no-interconectados y conectad los terminales del polímetro a dos pines
adyacentes a cada pata de la resistencia, de forma que haya contacto eléctrico. Colocad
el selector del polímetro en la escala óptima según se explicó más arriba y anotad el
valor. Haced lo mismo para las otras tres resistencias. Comparad los valores con los
nominales según el código de colores impreso sobre cada una (sobre la mesa de
prácticas tenéis el código de colores).
Tomad ahora la resistencia de 1500 Ω y la de 470 Ω. Montadlas en paralelo y
medid la resistencia neta. Ponedlas ahora en serie y medid la resistencia entre los
extremos. Verificad que ése es el valor que debéis obtener según las ecuaciones de
composición de resistencias.
7.-CIRCUITOS. MEDIDA DE TENSIONES E INTENSIDADES
Con la ayuda de los cablecillos de la caja montad el circuito 1. Como fuente de
alimentación usaremos la pila; las resistencias serán R1=1500Ω R2=820Ω R3=680Ω y
R4=470 Ω. A la hora de insertar tanto las resistencias como los cables de conexión, no
es necesario insertarlos hasta que toquen fondo, sólo insertarlos en los pines de forma
que queden aprisionados.
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V
C
A
Circuito 1
R3
R1
B
R4
R2
Consultad al profesor/a si el circuito está bien montado antes de empezar a medir.
Medid la tensión que proporciona la pila y la caída de tensión en cada resistencia. Para
ello recordad que debéis selecionar en el polímetro la tensión continua (escoged el
fondo de escala de 20V), colocando los terminales en los conectores adecuados. Y que
hay que medir las tensiones en el circuito en PARALELO. Esto es, conectarlos según
la figura 1 para medir la diferencia de tensión entre los bornes de la pila y según la
figura 2 para medir la diferencia de tensión entre los extremos de una resistencia.
HACED ESTO ÚLTIMO PARA LAS CUATRO RESISTENCIAS.
R3
R1
Figura 1
R3
R4
R1
R2
R2
Figura 2
Medida de tensiones
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R4
Medid ahora la intensidad de la corriente en las tres ramas del circuito (o, lo que
es lo mismo, la intensidad que atraviesa cada resistencia), tal y como se indica a
continuación (ver también las figuras 3 y 4). Para ello poned el selector en la posición
de intensidad de corriente continua, escala de 200mA para empezar y los terminales
conectados en los conectores correspondientes. Y ahora, conectarlos al circuito EN
SERIE: esto quiere decir que hay que abrir el circuito y conectar las puntas del
polímetro a los dos extremos abiertos de forma que el circuito queda cerrado a través
del polímetro, tal y como se indica en los ejemplos de las figuras 3 y 4. Recordad que la
intensidad es la carga que circula por unidad de tiempo, con lo que la intensidad que
circula por una resistencia es la misma que circula por el cable que esté situado
inmediatamente antes o inmediatamente después. Al llegar a un nudo es cuando la carga
se reparte y la intensidad varía. FIJAOS BIEN AL HACER LA MEDICION; SI LA
HACEIS EN PARALELO FUNDIREIS EL FUSIBLE DEL POLIMETRO.
MUCHO CUIDADO. Ajustad, si es necesario, el fondo de escala para optimizar la
medición.
A
R3
R1
B
R4
R2
Figura 3. Medición de intensidad en la rama AB
A
R4
R3
R1
B
R2
Figura 4. Ejemplo de medición de la intensidad que atraviesa
a las resistencias R2 y R4.
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8.- RESISTENCIA VARIABLE
Por último, utilizaremos una resistencia variable (es el pequeño dispositivo
cilíndrico negro con una ranura en el centro).
Montadla sobre la placa para medir su valor insertando los extremos en pines no
interconectados. La conexión es entre la pata que está sola y una cualquiera de las otras
dos. Es importante que la tercera que no se use no esté conectada a fin de no producir
cortocircuitos. Así, las dos patas insertadas las trataremos como los extremos de una
resistencia normal.
El valor de la resistencia se hace variar girando la parte central con la ayuda del
vástago de plástico o, si no lo tiene, de un destornillador pequeño. HACEDLO CON
CUIDADO. Comprobad que el valor mínimo es 0Ω y el máximo está entre 1900 y
2200Ω, dependiendo de la pieza en particular. Montad ahora el circuito 2 con esa
resistencia. Medid primero la intensidad en el circuito para el valor máximo de la
resistencia variable. Repetid el proceso escogiendo otros cuatro valores de la resistencia
que estén en torno a 1800, 1400, 1000 y 600 ohmios (no hace falta que sean
exactamente éstos, pero no bajéis de 500Ω, podéis tener problemas de estabilidad). Para
ello, en cada ocasión, sacad la resistencia del circuito, montadla sobre la placa, conectad
el polímetro y con el destornillador seleccionad el valor deseado. Una vez establecida la
resistencia, volved a montarla en el circuito y medid la intensidad.
V
Circuito 2
R variable
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INFORME DE LA PRÁCTICA: CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA
Nombres:
Grupo:
Fecha:
1.- Enunciar de forma resumida los OBJETIVOS de la práctica.
2.- RESULTADOS
Apdo. 5.- PLACA DE PRUEBAS
Valor de la resistencia entre dos pines de la columna A: _____________________
Valor de la resistencia entre dos pines de la columna B: _____________________
Valor de la resistencia entre un pin A y otro B: _____________________
Valor de la resistencia entre dos pines de una columna a: _____________________
Valor de la resistencia entre un pin a y otro b sobre la misma fila:_______________
Valor de la resistencia entre un pin a y otro c, d ó e sobre la misma fila: _________
Valor de la resistencia entre dos pines f,g,h,i,j sobre la misma fila: ____________
¿Por qué en la placa de pruebas la resistencia es nula entre dos pines tipo A?
¿Cuánto vale la resistencia entre dos pines sin conexión eléctrica?.
¿Qué podeis decir sobre las conexiones eléctricas de los diferentes pines?
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Apdo. 6.- MEDIDA DE RESISTENCIAS
Rellenad la tabla indicando las unidades
Resistencia
Valor nominal Tolerancia
Valor medido
¿Entra en la
tolerancia?
1
2
3
4
Resistencias en serie:
Valor teórico
Valor medido
Resistencias en paralelo:
Valor teórico
Valor medido
Comentar el porqué de las diferencias entre los valores medidos y los esperados.
Apdo. 7.- MEDIDA DE TENSIONES E INTENSIDADES EN EL CIRCUITO 1
Rellenad la siguiente tabla con los valores medidos, colocando la resistencia en ohmios,
la tensión medida en voltios y la intensidad medida en amperios:
RESISTENCIA (Ω)
TENSION (V)
INTENSIDAD (A)
Con el valor medido de intensidad, calcular el valor de la tensión según la ley de Ohm
V=R*I y comparadlo con el medido.
Tensión teórica
Tensión medida
Comentar el resultado.
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Comprobar que se verifica la ley de Kirchhoff para las intensidades que confluyen en el
nudo B.
El circuito 1 puede ser sustituido por un circuito como el de la siguiente figura:
R
donde R es una resistencia equivalente. Calcular el valor de esta resistencia que
sustituya a las R1, R2, R3 y R4 del anterior circuito.
Apdo. 8.- RESISTENCIA VARIABLE
Rellenad la siguiente tabla con los valores medidos:
Resistencia (Ω)
Intensidad (A)
Representad en una gráfica los valores de la resistencia frente al inverso de la intensidad
de corriente. Dibujad sobre los puntos una recta que se encuentre lo más cerca posible
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de todos los puntos experimentales a la vez, extendiéndola hasta que corte al eje de
ordenadas; esa recta corresponde a la ecuación
1
R = m +b
I
Evaluad los valores de los parámetros m (pendiente de la recta) y b (ordenada en el
origen).
Valor obtenido para m:
Valor obtenido para b:
Teniendo en cuenta la ley de Ohm, ¿qué significado físico tiene la pendiente m? ¿qué
valor debería haber dado? ¿Por qué?
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