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INFORME DE LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO N°4 MEDIDAS DE RESISTENCIA PRESENTADO POR: ANDRES CAMILO GONZALEZ OTERO ROBINSON FELIPE CONTRERAS GUERRERO LIC. JUAN PACHECO FERNANDEZ UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGIAS VALLEDUPAR – CESAR GRUPO: 10 2015 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCION OBJETIVO GENERAL MATERIALES CONCEPTOS BASICOS PROCEDIMIENTO ANALISIS Y RESULTADO CONLCUSION BIBLIOGRAFIA INTRODUCCION Resistencia, propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina —según la llamada ley de Ohm— cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es R, y el símbolo del ohmio es la letra griega omega, Ω. En algunos cálculos eléctricos se emplea el inverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa por G. La unidad de conductancia es siemens, cuyo símbolo es S. Aún puede encontrarse en ciertas obras la denominación antigua de esta unidad, Omh. La resistencia de un conductor viene determinada por una propiedad de la sustancia que lo compone, conocida como conductividad, por la longitud por la superficie transversal del objeto, así como por la temperatura. A una temperatura dada, la resistencia es proporcional a la longitud del conductor e inversamente proporcional a su conductividad y a su superficie transversal. Generalmente, la resistencia de un material aumenta cuando crece la temperatura. Se utilizan muchos de resistencias en circuitos electrónicos, en este caso nos ocuparemos de las resistencias fijas, es decir de las que tienen un valor fijo, determinado en el proceso de fabricación. Son pequeños componentes de forma cilíndrica cuyo tamaño determina la potencia que puede disipar. Las resistencias de menor potencia, que son las más utilizadas, tienen marcado su valor y tolerancia en su cuerpo, utilizan cuatro bandas y se sigue un código de colores. Las potencias más utilizadas son de 1 vatio, ½ vatio, ¼ vatio y 1/8 de vatio. Sin embargo, las más utilizadas son las de ¼ de vatio seguidas de las de ½ vatio. OBJETIVO GENERAL Medir resistencias utilizando dos métodos: el del código de colores y directamente con el óhmetro. Así como estudiar la diferencia entre las medidas de dos o más resistencias cuando éstas se colocan en series o en paralelo utilizando el protoboard. MATERIALES 1 multímetro 10 resistencias de diferentes rangos 2 resistencias variables o reóstatos 1 protoboard CONCEPTOS BASICOS Resistencia o resistor Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir calor aprovechando el efecto Joule. Las resistencias fueron inventadas por Georg Simón Ohm en 1827, fue un físico y matemático alemán que aportó a la teoría de la electricidad la Ley de Ohm, y conocido principalmente por su investigación sobre las corrientes eléctricas. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima y diferencia de potencial máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W. Existen resistores de valor manualmente ajustable, llamados potenciómetros, reóstatos o simplemente resistencias variables. También se producen dispositivos cuya resistencia varía en función de parámetros externos, como los termistores, que son resistores que varían con la temperatura; los varistores que dependen de la tensión a la cual son sometidos, o las fotorresistencias que lo hacen de acuerdo a la luz recibida. Resistencia eléctrica Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre. Tipos de resistencia Desde el punto de vista de vista de la resistividad, podemos encontrar materiales conductores (no presentan ninguna oposición al paso de la corriente eléctrica), aislantes (no permiten el flujo de corriente), y resistivos (que presentan cierta resistencia). Dentro de este último grupo encontramos las resistencias. Se pueden dividir en tres grupos: o Resistencias lineales fijas: su valor de resistencia es constante y está predeterminado por el fabricante. o Resistencias variables: su valor de resistencia puede variar dentro de unos límites. o Resistencias no lineales: su valor de resistencia varia de forma no lineal dependiendo de distintas magnitudes físicas (temperatura, luminosidad, etc.). Clasificación de las resistencias Resistencias de hilo bobinado Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y aún se utilizan cuando se requieren potencias algo elevadas de disipación. Están constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hélice o espiral (a modo de rosca de tornillo) sobre un sustrato cerámico. Resistencias de carbón prensado Estas fueron también de las primeras en fabricarse en los albores de la electrónica. Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta formar un tubo como el de la figura. Las patas de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito, y posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo hueco cerámico (figura inferior) en el que se prensaba el grafito en el interior y finalmente se disponían unas bornas a presión con patillas de conexión. Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se consigue un 10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del mismo. Resistencias de película de carbón Este tipo es muy habitual hoy día, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura. Para obtener una resistencia más elevada se practica una hendidura hasta el sustrato en forma de espiral, tal como muestra (b) con lo que se logra aumentar la longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del elemento resistivo. Las conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la soldadura. Al conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o incluso vitrificada para mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así resistencias con una tolerancia del 5% o mejores, además tienen un ruido térmico inferior a las de carbón prensado, ofreciendo también mayor estabilidad térmica y temporal que éstas. Resistencias de película de óxido metálico Son muy similares a las de película de carbón en cuanto a su modo de fabricación, pero son más parecidas, eléctricamente hablando a las de película metálica. Se hacen igual que las de película de carbón, pero sustituyendo el carbón por una fina capa de óxido metálico (estaño o latón). Estas resistencias son más caras que las de película metálica, y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos. Resistencias de película metálica Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/°C (partes por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watios de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo estándar. Resistencias de metal vidriado Son similares a las de película metálica, pero sustituyendo la película metálica por otra compuesta por vidrio con polvo metálico. Como principal característica cabe destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede soportar mejor por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su composición. Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de 150 a 250 ppm/°C. Se dispone de potencias de hasta 3 watios. Se dispone de estas resistencias encapsuladas en chips tipo DIL (dual in line) o SIL (single in line). Medidas de resistencia Unidades de medidas La unidad de la resistencia eléctrica es el ohmio, que se representa por la letra griega Ω (omega). El ohmio se define como la resistencia que opone al paso de corriente eléctrica, una columna de mercurio de 106'3 centímetros de longitud y 1 milímetro de sección. Los múltiplos del Ω son: Kiloohmio: 1K Ω = 103 Ω Megaohmio: 1M Ω = 106 Ω Gigaohmio: 1G Ω = 109 Ω Código de colores para resistencias Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación máxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las fotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores. Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia. El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión o tolerancia menor del 1%. Valor de la Valor de la 1°cifra 2°cifra significativa significativa Negro 0 0 1 - - Marrón 1 1 10 ±1% 100ppm/°C Rojo 2 2 100 ±2% 50ppm/°C Naranja 3 3 1 000 - 15ppm/°C Amarillo 4 4 10 000 ±4% 25ppm/°C Verde 5 5 100 000 ±0,5% 20ppm/°C Azul 6 6 1 000 000 ±0,25% 10ppm/°C Violeta 7 7 10 000 000 ±0,1% 5ppm/°C Gris 8 8 100 000 000 ±0.05% 1ppm/°C Blanco 9 9 1 000 000 000 - - Dorado - - 0,1 ±5% - - - 0,01 ±10% - - - - ±20% - Color de la banda Platead o Ninguno Coeficiente Multiplicador Tolerancia de temperatura Como leer el valor de una resistencia En una resistencia tenemos generalmente 4 líneas de colores, aunque podemos encontrar algunas que contengan 5 líneas (4 de colores y 1 que indica tolerancia). Vamos a tomar como ejemplo la más general, las de 4 líneas. Con la banda correspondiente a la tolerancia a la derecha, leemos las bandas restantes de izquierda a derecha, como sigue: Las primeras dos bandas conforman un número entero de dos cifras: o La primera línea representa el dígito de las decenas. o La segunda línea representa el dígito de las unidades. Luego: o La tercera línea representa la potencia de 10 por la cual se multiplica el número. El resultado numérico se expresa en Ohms. Por ejemplo: La caracterización de una resistencia de 2.700.000 Ω (2,7 MΩ), con una tolerancia de ±10%, sería la representada en la figura. 1ª cifra: rojo (2) 2ª cifra: violeta (7) Multiplicador: verde (100000) Tolerancia: plateado (±10%) Protoboard Una protoboard o placa de pruebas es un tablero con orificios que se encuentran conectados eléctricamente entre sí de manera interna, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipo de circuitos electrónicos y sistemas similares. Está hecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión mecánica del circuito en sistemas de producción comercial. PROCEDIMIENTO 1. Primera Parte: Manejo y Reconocimiento del Protoboard El siguiente dibujo esquemático muestra un protoboard: Con el tester verifica cuales son los puntos continuos, ubicando la perilla del tester en la posición para medir resistencia y desarrolla el siguiente procedimiento: a) Escoge uno de los dos tableros centrales y ubica uno de los terminales del tester en uno de sus orificios. Ubica la otra punta, primero, en varios orificios que hagan parte de la misma fila del orificio y luego en varios que hagan parte de su columna. Observa que registra el tester para cada uno de los casos. Escogimos uno de los dos tableros centrales, colocamos uno de los terminales del multímetro en uno de sus orificios y la otra punta en varios orificios de la misma fila, el multímetro arrojo un valor de 1; esto indica que no hay continuidad, y al ubicar la otra punta en cada uno de los demás orificios de la misma columna, el multímetro arrojo un valor de 0.00; esto indica que hay continuidad. b) Repite el procedimiento para el otro tablero central y para los dos tableros externos. Repetimos el procedimiento para el otro tablero central y para los dos tableros externos, al colocar una de las terminales del multímetro en uno de sus orificios y la otra punta en varios orificios de la misma fila el multímetro arrojo un valor de 0.00, indicando continuidad. Realizamos lo mismo, pero entre orificios de ambos lados de la mitad indicada por la letra M, el multímetro registró un valor de 1, indicando que no hay continuidad entre ambas mitades. Finalmente, al colocar la otra punta en el otro orificio de la misma columna, el multímetro también arrojo un valor de 1, indicando ausencia de continuidad. c) Reflexiona sobre qué significa que la resistencia entre puntos sea cero. El significado de que la resistencia entre dos puntos sea cero, quiere decir que el circuito es continuo a través de los puntos medidos. d) Realiza un esquema que explique cómo se establece la continuidad en el protoboard. e) Concluye cual es la funcionalidad del protoboard y destaca su importancia. En la protoboard se puede conectar, resistencias, capacitadores, transistores etc., de igual forma nos sirve para amar circuitos. La protoboard es una placa aislante de prueba, en la cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta placa sirve para experimentar con circuitos electrónicos, con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo. f) Concluye sobre lo que representa la continuidad entre dos puntos La conductividad entre dos puntos representa la capacidad de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. 2. Segunda Parte: Medida de Resistencias a) Tome 10 resistencias y determine su valor utilizando el código de colores. Representa cada resistencia con sus bandas de colores y al frente determina su valor y calcula la tolerancia. Al final presenta el valor con su margen de error o incertidumbre. Resistencia Colores Valor Tolerancia teórico Error o incertidumbre Marrón 1 Verde 15000Ω ±5% 15750Ω - 14250Ω 21Ω ±5% 22.05Ω - 19.95 6200Ω ±5% 6510Ω - 5890Ω 370Ω ±5% 388.5Ω - 351.5Ω 740Ω ±5% 777Ω - 703Ω 24000Ω ±5% 25200Ω - 22800Ω Naranja dorado Rojo 2 Marrón Negro Dorado Azul 3 Rojo Rojo Dorado Naranja 4 Violeta Marrón Dorado Violeta 5 Amarillo Marrón Dorado Rojo 6 Amarillo Rojo Dorado Rojo 7 Rojo 2200Ω ±5% 2090Ω - 2310Ω Rojo Dorado Verde 8 Amarillo ±5% 54Ω 56.7Ω - 51.3Ω Negro Dorado Naranja 9 Verde 35000Ω ±5% 36750Ω - 33250Ω ±5% 45150Ω - 40850Ω Naranja Dorado Amarillo Naranja 10 Rojo 43000Ω Dorado b) Utiliza el multímetro y verifica los valores de las resistencias. ¿Qué puedes decir de estos valores? ¿Cuál de los dos métodos será el más confiable? ¡Explica por qué! Con el multímetro procedimos a medir cada una de las resistencias, teniendo en cuenta las escalas adecuada con los valores que obtuvimos con el código de colores. RESISTENCIAS MEDIDAS EN EL MULTÍMETRO 1 15.03 Ω 2 21.8 Ω 3 6.3k Ω 4 362 Ω 5 749 Ω 6 2,44k Ω 7 2.26k Ω 8 53 Ω 9 35.1k Ω 10 43.5k Ω En conclusión podemos decir que los valores de las resistencias marcadas por el multímetro están en el rango del error o incertidumbre, y que el valor marcado por el multímetro es el real, ya que el valor teórico está dentro del rango de la tolerancia y no es exacto mientras que el mostrado en el multímetro es más preciso y confiable. c) Investiga qué relación tiene la longitud y el grosor de las resistencias con la potencias de estas. La resistencia de un material es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal), es decir, El tamaño de una resistencia tiene que ver con la cantidad de potencia que soporte. Así, cuanto más flujo de corriente esté diseñada para soportar, más grande será y generará más potencia. d) Toma resistencias variables (reóstatos) y mide con el multímetro sus valores mínimo y máximo y establece su escala. Resistencia variable No. 1 La resistencia variable es de 5 KΩ. Al medirlo con el multímetro y girar la perilla de la resistencia registra un valor de 0.00kΩ a 4.19KΩ. Resistencia variable No. 2 La resistencia variable es de 100 KΩ. Al medirlo con el multímetro y girar la perilla de la resistencia registra un valor de 0.00kΩ a 103.0KΩ. e) Usando dos resistencias distintas pero del mismo orden de magnitud, determine el valor de resistencia de cada una de ellas y de las mismas cuando se las conecta, utilizando el protoboard, en una configuración a) en serie y b) en paralelo. Compare los valores medidos con los predichos teóricamente y determine el error relativo para cada caso. Resistencias R1 2250 R2 56,4 Paralelo 55 Ω Serie 2306,4Ω Margen de error paralelo serie 54,6 2256 ANÁLISIS Y RESULTADOS Al finalizar el laboratorio podemos analizar y deducir que: Para medir la continuidad en el protoboard utilizamos la parte superior e inferior, se mide de forma horizontal y colocamos la punta de medición en cualquiera de las orifico del instrumento, en una fila de forma horizontal. Para medir la continuidad en la parte central, se toma uno de los módulos se colocan las puntas de medición en cualquiera de sus orificios de una columna de forma vertical. La resistencia entre puntos sea cero, quiere decir que se mide mal la continuidad ya que si medimos la continuidad en el extremo superior e inferior y lo hacemos en forma de columna, la continuidad será cero debido a que el circuito este abierto. Ahora si medimos la continuidad en los módulos centrales, y lo hacemos de forma horizontal, la continuidad será cero por que las placas conductoras del módulo central van en forma vertical. Los valores de las resistencias están en la escala de Ω hasta los kΩ. El multímetro nos muestra el valor real en cambio por el código de colores es un valor aproximado que por tener un margen de error no nos da un valor real de la resistencia sino un valor aproximado. Así mismo investigando qué relación tiene la longitud y el grosor de las resistencias con la potencias de estas encontramos que El tamaño de una resistencia tiene que ver con la cantidad de potencia que soporte. Así, cuanto más flujo de corriente esté diseñada para soportar, más grande será y generará más potencia. CONCLUSIÓN Las resistencias o resistores son componentes electrónicos diseñados para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito cuya función de una resistencia (o resistor) en un circuito electrónico es ajustar o limitar el valor de la intensidad de la corriente que circula por él. Hay muchos tipos de resistencias, y las características principales son que todas las resistencias tienen una tolerancia, esto es el margen de valores que rodean el valor nominal y en el que se encuentra el valor real de la resistencia. Su valor viene determinado por un porcentaje que va desde 0.001% hasta 20% el más utilizada es el de 10%. Esta tolerancia viene marcada por un código de colores. La protoboard fue una herramienta muy importante ya que es una placa de prueba que nos permite conectar, resistencias, capacitadores, transistores etc., de igual forma nos sirve para amar circuitos y poder experimentar con los materiales ya dichos. BIBLIOGRAFÍA https://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica http://es.slideshare.net/SandraZapata3/unidades-de-medidas-de-la-resistenciaelctrica https://es.wikipedia.org/wiki/Resistor#/media/File:Resistencia.svg http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/resistores/resist.htm http://rduinostar.com/documentacion/general/protoboard-que-es-y-como-funciona/